[发明专利]一种高安全电池隔膜及制备方法

说明书

本发明提供了一种高安全电池隔膜及制备方法，以聚醚砜和聚偏氟乙烯‑六氟丙烯为原料，采用静电纺丝法和后期辊压机压制处理制备，用于提升电池的安全性和能量密度。所述电池隔膜中聚醚砜所占质量分数为20~70%，聚偏氟乙烯‑六氟丙烯所占质量分数为80~30%。本发明的优点在于结合两种互补聚合物的优势，具体来说，聚醚砜耐热性好，聚偏氟乙烯‑六氟丙烯化学性质稳定。通过成熟的静电纺丝技术和后期压制处理，获得了超薄、表面无孔且纤维内部具有蜂窝状结构的电池隔膜。本发明制备的电池隔膜具有高安全性，表现为阻燃性和优异的机械强度，在240 supgt;o/supgt;C恒温30分钟依旧保持尺寸稳定性。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，具体涉及一种高安全电池隔膜及制备方法。

背景技术

随着新能源汽车、便携式电子设备和储能电网的日益增长，二次可充电电池受到了大家的广泛关注。其中，钠/锂电池具有循环寿命长、对环境友好等优点。但是因机械滥用、电滥用和热滥用造成的安全问题严重地阻碍了钠/锂电池商业化发展。隔膜是防止电池正负极直接接触的物理屏障，特别是在热失控条件下的电池对隔膜提出了更高的要求。目前，商业化聚丙烯和聚乙烯隔膜易于制备且具有很强的机械性能。但是它们的热稳定性较差，容易发生尺寸收缩造成电池短路。玻璃纤维隔膜具有优异的热稳定性而被广泛用于钠电池，但是其大孔径和脆性容易被枝晶穿透，而且其厚度高达几百微米无法满足柔性器件和微小型电子设备的需求，难以用作商业化的隔膜。因此，需要制备一种具有高安全性、厚度适宜的电池隔膜用于解决钠/锂电池的安全问题。

专利201910886256.X公开了一种聚偏氟乙烯-六氟丙烯/二氧化钛膜及其制备方法和应用，该方法将聚偏氟乙烯-六氟丙烯、羧基修饰的二氧化钛纳米纤维、邻苯二甲酸二丁酯和溶剂混合，通过相转移的方法制备了偏氟乙烯-六氟丙烯/二氧化钛膜，并应用在锂电池中。通过引入二氧化钛纳米纤维提高隔膜的耐热性，该隔膜在150 ℃不会发生收缩。实际上，该温度与商业化聚丙烯（135 ℃）、聚乙烯隔膜（165 ℃）相差无几，无法规避电池在运行过程中因热失控造成隔膜收缩或融化带来的风险。孙俊芬等人在《Poly(vinylidenefluoride)/polyethersulfone blend membranes: Effects of solvent sort,polyethersulfone and polyvinylpyrrolidone concentration on their propertiesand morphology》文章中使用聚醚砜和聚偏氟乙烯聚合物制备了混合膜用于纯水和牛血清蛋白的过滤。相比聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯-六氟丙烯增加的含氟量可降低聚合物的结晶度，通过非晶区的溶胀过程吸收电解液，增加离子电导率。因此，结合聚醚砜优异的耐热性和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的优势而制备的隔膜将为电池体系带来新机遇。

发明内容

本发明提出了一种高安全电池隔膜及制备方法，结合聚醚砜耐热性好、具有阻燃性和聚偏氟乙烯-六氟丙烯高离子电导的优点，通过静电纺丝和压制处理制备出了具有表面无孔、超薄厚度且纤维具有蜂窝状结构的电池隔膜，应用于钠/锂电池体系时表现出优异的电化学性能和高温性能，并且可以明显抑制金属枝晶的生长。

实现本发明的技术方案是：

一种高安全电池隔膜，以聚醚砜和聚偏氟乙烯-六氟丙烯为原料，采用静电纺丝法和后期辊压机压制处理制备，用于提升电池的安全性和能量密度。

所述隔膜的厚度为5-70 μm，表面无明显微孔结构，纤维之间紧密排布，纤维内部含有丰富的蜂窝状结构。

所述电池隔膜中聚醚砜所占质量分数为20~70%，聚偏氟乙烯-六氟丙烯所占质量分数为80~30%。所述电池隔膜中聚醚砜的分子量为5万-20万，聚偏氟乙烯-六氟丙烯的分子量为30万-60万。

所述的高安全电池隔膜的制备方法，具体步骤如下：

（1）将聚醚砜和聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶解于溶剂中，制成纺丝液；