[发明专利]一种用于高能量密度锂离子电池的聚乙烯隔膜、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种用于高能量密度锂离子电池的聚乙烯隔膜、制备方法及应用，所述隔膜包括交联聚乙烯、高分子量聚乙烯、溶剂和抗氧剂，所述交联聚乙烯有高密度聚乙烯粉经过辐照处理。本发明所述的隔膜添加的交联聚乙烯能够大大提高隔膜的抗穿刺性能、热稳定性、耐电解液尺寸稳定性以及电化学稳定性，此外电池隔膜厚度可以做的更薄，并且有利于改善锂离子电池的高温循环性能、高温存储性能、倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种用于高能量密度锂离子电池的聚乙烯隔膜、制备方法及应用。

背景技术

在资源枯竭、节能环保、政策指引、技术发展积累和市场需求等多因素共同作用下，新能源汽车行业目前仍处于高速发展的阶段。由于锂离子电池具有电压高(4.2V)、能量密度大(大于130kw/kg)、自放电小(2％左右)、循环性能好(大于500次)和寿命长(3年以上)等优点，因此成为新能源汽车开发重要的方向。虽然新能源汽车在结构设计和电池性能开发上都取得了较大的进步，但是与传统燃油汽车相比仍然存在成本、动力和续航里程上的差距，这也成为制约新能源汽车开发与推广的重要因素，因此对高能量密度锂电池的需求变得越来越迫切。然而随着锂离子电池能量密度提高，锂电池安全性能和长期使用可靠性问题也同样需要关注。基于此，对于组成电芯的四大主材(正极材料、负极材料、电解液以及隔膜)的发展提出了更高的要求。

电池隔膜本质上是一种多孔材料，它具有电子绝缘性和离子透过性，其作用主要是隔绝正负极，从而防止电池内短路，并且可以让锂离子通过。总体来看，电池隔膜需要具有一定的孔径(100nm左右)和孔隙率(40％～50％)，从而可以保证较低的电池内阻和较高的离子透过性；电池隔膜还需要具有耐电解液腐蚀性和电化学稳定性，从而保证电池长期使用可靠性；此外电池隔膜还需要有足够的机械强度(如穿刺强度和拉伸强度)和安全性能(较低的热收缩率)。随着电池能量密度提高、电池循环性能要求提高(大于1200 次)、安全性能和长期使用可靠性要求提高，隔膜厚度、力学性能和电化学稳定性等方面也需要满足更高的要求。

目前动力锂电池隔膜广泛使用的主要是聚烯烃微孔膜，它具有电化学稳定性好、孔结构分布均匀、机械性能较好等优点。聚烯烃隔膜主要的制备方法有干法和湿法两大类。其中湿法制备的电池隔膜由于其孔径和孔隙率可控、纵向(MD)和横向(TD)方向力学性能都较高等优点越来越被广泛应用于高能量密度动力锂电池中。湿法电池隔膜制备流程主要包括：利用高聚物与某些高沸点的小分子化合物(如石蜡油等)在较高温度下(一般高于聚合物的熔点)，形成均相溶液，再降低温度使其发生固-液或液-液相分离，最后经双向拉伸、溶剂萃取以及干燥处理之后得到湿法电池隔膜。

随着电池能量密度的提高，隔膜的厚度必然需要不断降低(如12μm或更薄)，然而电池隔膜厚度降低就必然会带来抗穿刺性能的下降。然而高能量密度电池在高倍率充放电时，电池升温更加明显，因此对电池隔膜高温下尺寸稳定性要求更高。为了满足动力电池高续航和高循环性能要求(大于 1200次)，电池隔膜就必须具有更高的电化学稳定性和耐电解液腐蚀性。目前主要通过在聚烯烃基膜表面涂覆(如涂陶瓷、勃姆石、芳纶等)来降低隔膜热收缩率和提高安全性能，但是涂层会明显的增加隔膜的重量和厚度，因此不利于提高电池的能量密度。

因此，开发适合高能量密度电池体系的电池隔膜是动力锂离子电池的重要基础之一。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于高能量密度锂离子电池的聚乙烯隔膜、制备方法及应用，所述隔膜是通过添加交联聚乙烯和高分子量聚乙烯，并经湿法制备而成的。本发明中添加的交联聚乙烯能够大大提高隔膜的抗穿刺性能、热稳定性、耐电解液尺寸稳定性以及电化学稳定性，此外电池隔膜厚度可以做的更薄，并且有利于改善锂离子电池的高温循环性能、高温存储性能、倍率性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于高能量密度锂离子电池的聚乙烯隔膜，包括交联聚乙烯、高分子量聚乙烯、溶剂和抗氧剂，所述交联聚乙烯有高密度聚乙烯粉经过辐照处理。