[发明专利]一种锂离子电池用耐热吸液性隔膜及制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池用耐热吸液性隔膜及制备方法，属于锂离子电池隔膜技术领域。本发明解决的技术问题是提供锂离子电池用耐热吸液性隔膜的制备方法。该方法通过将耐热的纳米二氧化硅粒子由多巴胺自聚合进行包覆改性，随后喷涂反应制备亲水性的低粘度聚氨酯预聚体，改善纳米二氧化硅粒子在涂层中的分散性，利于提升表面涂层的耐热性和热稳定性，最终在聚烯烃薄膜复合了耐热性、亲水性好的聚氨酯层，利于隔膜浸润、吸附电解液，从而提高隔膜的吸液率。本发明方法简单，成本低廉，由该方法得到的锂离子电池用耐热吸液性隔膜，以聚烯烃薄膜为基材，在聚烯烃薄膜上复合了耐热性、亲水性好的聚氨酯层，使得该隔膜的吸液率和耐热性均较好。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用耐热吸液性隔膜及制备方法，属于锂离子电池隔膜技术领域 。

背景技术

锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在锂离子电池正极与负极之间有一层膜材料，通常称为隔膜，它是锂离子电池的重要组成部分。隔膜具有两种基本功能：隔离正负电极，防止电池内短路；能被电解液润湿形成离子迁移的通道。在实际应用还应具备以下特征：(1)电子的绝缘性；（2）高的电导率；（3）好的机械性能，可以进行机械制造处理；（4）厚度均匀；（5）受热时尺寸稳定变形量要小。

隔膜的性能与空隙率、孔径大小及分布、透气率、热性能和力学性能等有关。由于聚烯烃材料隔膜具有高抗撕裂强度、较好的耐酸碱性、材料价廉等优点，因此目前锂离子电池所使用隔膜多为聚烯烃隔膜，主要包括PP（聚丙烯）膜、PE（聚乙烯）膜、PP/PE双层或三层复合膜等，生产工艺相对成熟，近年来国内产业发展迅猛。但是聚烯烃类隔膜仍存在较多缺陷，干法单轴拉伸的聚烯烃隔膜，相较湿法双轴拉伸隔膜更容易热收缩，实验证实单轴拉伸的隔膜在85℃下处理4小时，收缩率超过1%；在大功率放电过程中，电池局部温度上升迅速，当温度接近隔膜熔融起始点时，热收缩会使正负极片接触，瞬间的生热是巨大的潜在危险。因此，需要对聚烯烃隔膜进行改性。

目前，对聚烯烃隔膜改性的方法主要是涂覆、复合等。申请号为201610149926.6的中国发明专利公开了一种复合锂离子电池隔膜材料及其制备方法。所述电池隔膜材料为三层结构，其中，第一层和第三层为聚合物多孔薄膜，且该两层聚合物多孔薄膜的相对侧均附着有无机颗粒；中间层为浸渍聚合物粘合剂的无纺布。制备方法为：先将均匀分散在挥发性溶剂中的无机纳米颗粒涂到玻璃板上，待溶剂挥发后再将聚合物溶液涂到玻璃板上，得到一侧附着无机颗粒的聚合物多孔薄膜；最后将附着有无机颗粒的多孔薄膜与浸渍过聚合物粘合剂的无纺布进行热轧复合。本发明提供一种类似三明治结构的电池隔膜材料，除了具有吸液率高，孔径分布均匀，润湿性好，耐热性好等优良特性外，还改善了与电极材料的界面稳定性，提高了电池的安全性能，循环性能以及倍率性能。

申请号为201510967229.7的中国发明专利公开了一种复合涂层锂离子电池隔膜及其制备方法。该复合涂层锂离子电池隔膜，由基膜和涂布于基膜一侧的芳纶涂层和涂布于基膜另一侧的PVDF涂层构成，所述芳纶涂层由芳纶浆料经涂布、浸水、烘干后获得，涂层厚度为0.5-4μm；所述PVDF涂层由水性PVDF浆料经涂布、烘干后获得，涂层厚度为0.1-2μm。本发明还提供了所述隔膜的制备方法。本发明所述隔膜在具备芳纶涂层良好热性能和机械性能的同时，又具备了PVDF涂层对电解液有良好润湿性和保液性、可有效粘接电池和极片、对环境污染小的特点，有利于制备循环寿命更长、安全性更高的锂离子电池。试验表明，所述隔膜具有良好的透气性、吸液率、热收缩、拉伸强度，以本所述隔膜制备的锂离子电池可以明显提高电池循环寿命。

综上所述，现有的聚烯烃隔膜的电解液润湿性差、热稳定性差，即使经过涂覆、复合等方法进行改性，其使用温度也不宜超过100℃，否则就会因隔膜热收缩而导致正负极接触短路。

发明内容

针对现有锂离子电池聚烯烃耐热隔膜添加无机纳米粒子进行改性存在分散性能、对电解液吸附性差的缺陷，本发明提出一种锂离子电池用耐热吸液性隔膜及制备方法。