[发明专利]一种耐温高分子改性锂电池隔膜的方法及相应锂电池隔膜

说明书

本发明公开了一种耐温高分子改性锂电池隔膜的方法及相应锂电池隔膜，将所需耐温高分子材料与有机溶剂充分混合搅拌，配制成一定质量分数的前驱体溶液；将要改性的锂电池隔膜裁剪后固定在静电纺丝喷涂装置上；调节静电纺丝喷涂装置的电压、滚筒转速、溶液推射速度及高压针头与滚筒收集装置距离等参数，将前驱体溶液通过静电喷涂或纺丝至锂电池隔膜上；待达到所需时间后，关闭静电纺丝喷涂设备，将上述锂电池隔膜进行压平和真空烘干，得到改性处理后的锂电池隔膜。本发明提供的改性处理隔膜可以大大提升锂金属电池的电化学性能与安全性能。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种耐温高分子改性锂电池隔膜的方 法及相应锂电池隔膜。

背景技术

锂电池主要用于消费锂电、动力电池和工业储能，在整个新能源产业中占据重要一环。其 中，电子数码产品是目前锂电池的主要应用领域，包括平板电脑、笔记本电脑、智能手机、数 码相机等产品，必将成为锂电池未来的重点发展方向和市场主要增长点；此外，动力电池是锂 电池领域增长的最大引擎；另外，锂电池在储能上的技术应用主要围绕在电网储能、基站备用 电源、家庭光储系统、电动汽车充电站等领域，其比能量和能量密度高、自放电率低、无记忆 效应且对环境无污染，各方面性能优于其他储能电池类型。

因此，为了向高能量密度、高安全性方向发展，适应未来锂电池的市场需求 与技术要求，开发出新型锂电池，研究寻找高电压正极、高容量正负极材料迫在 眉睫。锂金属具有最高的理论容量(3860mAh g^～1)，极低的密度(0.59g cm^～3) 和最负的电化学电位(～3.04V vs.标准氢电极)，其作为电池负极可以极大地提高 能量密度。比如，锂硫电池和锂空电池系统分别具有高达2567Wh kg^～1和3505Wh kg^～1的理论能量密度。这些基于锂金属负极的新型电池系统充分发挥了金属锂能 量密度上面的优势，具有满足新兴行业严格要求的巨大潜力。然而，电池能量密 度越高，稳定性就越差，安全隐患就越大。在能量密度提高到一定程度后，需要 不断改进锂金属电池内部组件材料，以保证电池能安全使用。

隔膜作为锂电池内层关键组件之一，其性能优劣决定了电池的界面结构、内 阻等，直接影响电池的容量，寿命及安全等特性。性能优良的隔膜可以大大提升 锂电池的综合性能。聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的 特点，因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃微孔膜被经常用作锂电池隔膜。尽管近年来 有研究用其他材料制备锂电池隔膜，但如今市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯 (polyethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)为主的聚烯烃(Polyolefin) 类隔膜。但上述隔膜在锂金属电池充放电循环过程中，会出现安全性问题，比如 负极表面锂离子的不均匀沉积导致的枝晶问题，会引起两方面的严重后果：

(1)锂枝晶生长到一定的程度后发生断裂成为死锂，导致电池容量衰减；

(2)锂枝晶不断生长，最终刺穿隔膜，导致正负极短路，电流急剧增大， 引发热失控，严重时造成失火爆炸等事故。

因此，传统的锂金属电池安全性能不高，主要原因包括传统隔膜两方面性能 的欠缺：

(1)不能从机理上阻止锂枝晶的产生，从根源上抑制锂枝晶的生长；

(2)耐高温性能差(120℃以下)，内短路产生的热量会使隔膜进一步融化 变形，导致彻底短路，发生热失控。因此，针对传统隔膜上述两方面的性能进行 改进，可能会有效阻断热失控反应，极大地改善锂电池尤其是锂金属电池的安全 性能。

近年来，针对上述锂枝晶导致的安全问题，提升锂金属电池安全性方法的研 究日益受到关注，如电解液掺杂，负极表面修饰和负极结构改进等，但对隔膜直 接进行改性以抑制锂枝晶生长，提升热稳定性的处理方法并不多见，也没有可投 入实际生产中的隔膜改性技术，因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

发明内容