[发明专利]一种低闭孔温度的涂覆聚丙烯隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低闭孔温度的涂覆聚丙烯隔膜，包括：多孔的聚丙烯隔膜基体和涂布在聚丙烯隔膜基体至少一个表面上的闭孔涂层；其中，闭孔涂层的原料按重量百分比包括：80～95wt％热塑性微球乳液和5～20wt％水性粘结剂。本发明还公开了上述低闭孔温度的涂覆聚丙烯隔膜的制备方法。本发明具有较低的闭孔温度和较高的破膜温度，能够有效防止锂离子电池热失控的发生，显著提高锂离子电池的安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种低闭孔温度的涂覆聚丙烯隔膜及其制备方法。

背景技术

隔膜作为锂离子电池制造的四大关键主材之一，起到防止正负极直接接触短路又导通锂离子的作用。隔膜的闭孔温度和破膜温度是衡量其安全性能的主要参数。当电芯内部温度达到隔膜的闭孔温度时，隔膜微孔产生自关闭现象，阻断锂离子的继续传输，形成断路，进而保护电芯。当电芯内部温度达到隔膜的破膜温度时，隔膜熔体破裂，造成电芯内部短路。因此，理想的隔膜需要低的闭孔温度和高的破膜温度。另一方面，在电芯制成过程中，电芯在注液前需要进行80～95℃长时间烘烤，在这个温度下，隔膜微孔结构应该稳定存在，不发生闭孔。因此，隔膜的闭孔温度也不能过低。

传统的聚乙烯隔膜闭孔温度在130℃左右，破膜温度在150℃左右，破膜温度过低，容易发生熔体破裂而造成电芯内部短路；传统的聚丙烯隔膜闭孔温度在145℃左右，破膜温度在170℃左右，闭孔温度过高，不能在电芯发生热失控前切断电路。双层复合隔膜聚丙烯/聚乙烯和三层复合隔膜聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯可以实现低的闭孔温度和高的破膜温度，但是工艺复杂，制造成本较高。

目前，多数关于改善隔膜温度特性的研究集中在陶瓷涂覆隔膜。陶瓷涂覆隔膜的陶瓷层没有受热收缩的性质，能够在高温下保持隔膜形状的完整性，提高隔膜的破膜温度。而通过降低隔膜闭孔温度而提高电芯安全性能的技术路径报道较少。CN 109148789 A公开了一种具有低闭孔温度的涂覆隔膜及其制备方法，该方法通过在隔膜表面涂覆含有热膨胀微球的热敏感涂层来防止电池热失控的发生。热敏感涂层包括10～90wt％的热膨胀微球和3～15wt％的粘结剂，热膨胀微球包括发泡剂和包裹发泡剂的热塑性聚合物壳。当电芯温度达到发泡剂沸点时，发泡剂气化导致微球膨胀，将微球之间原本存在的间隙填充，导致隔膜闭孔，切断电路。然而该方法存在气体泄漏引起电池胀气的风险。CN 109524597 A公开了一种带有自关断功能的聚乙烯蜡微球/PVDF复合锂离子电池隔膜的制备方法，该方法使得含氟电纺纤维隔膜在具有良好电解液亲和性和热尺寸稳定性的基础上实现了热关断功能。然而该方法使用的含氟电纺纤维隔膜制备难度大，成本高。因此，提供一种低闭孔温度的涂覆聚丙烯隔膜及其制备方法成为提高锂离子电池安全性能的优选技术路径。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低闭孔温度的涂覆聚丙烯隔膜及其制备方法，本发明具有较低的闭孔温度和较高的破膜温度，能够有效防止锂离子电池热失控的发生，显著提高锂离子电池的安全性。

本发明提出的一种低闭孔温度的涂覆聚丙烯隔膜，包括：多孔的聚丙烯隔膜基体和涂布在聚丙烯隔膜基体至少一个表面上的闭孔涂层；

其中，闭孔涂层的原料按重量百分比包括：80～95wt％热塑性微球乳液和5～20wt％水性粘结剂。

优选地，热塑性微球乳液为皂化聚乙烯蜡接枝马来酸酐接枝共聚物乳液，接枝率为3～10％，固含量为40～60wt％，微球粒径D50为1～8μm，微球的熔点为100-120℃。

上述“皂化聚乙烯蜡接枝马来酸酐接枝共聚物乳液”可从市场购得。

优选地，聚丙烯隔膜基体的孔隙率40％，平均孔径为0.02～0.5μm，厚度为7～20μm。

优选地，闭孔涂层的厚度为3～10μm。

优选地，水性粘结剂为树脂的水分散液，其中，树脂为聚丙烯酸改性树脂、改性聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、丙烯腈多元共聚物中的至少一种。