[发明专利]隔膜及其制备方法、锂离子二次电池

说明书

本发明涉及一种隔膜，包括：聚烯烃制微多孔质膜；无机多孔层，无机多孔层设置在聚烯烃制微多孔质膜的表面；有机多孔层，有机多孔层设置在无机多孔层的表面；设有机多孔层的平均厚度为A、无机多孔层的平均厚度为B、聚烯烃制微多孔质膜的平均厚度为C，满足：4B≥C≥2B＞B＞A。本发明还涉及一种制备上述隔膜的方法。本发明还涉及使用该隔膜的锂离子二次电池。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，特别是涉及一种隔膜、该隔膜的制备方法以及使用该隔膜的锂离子二次电池。

背景技术

热塑性树脂微多孔质膜尤其是聚乙烯制微多孔质膜和聚丙烯制微多孔质膜被用作锂离子二次电池用隔膜，其通过含浸电解液而具有离子透过性，并且电绝缘性、耐电解液性、耐氧化性优异，还具备在电池内部异常升温时，在120℃至150℃左右的温度下断开离子透过性，抑制过度升温的孔闭塞效果。但是，由于某种原因在孔闭塞后仍继续升温时，有时会因构成膜的聚乙烯/聚丙烯的粘度降低及膜的收缩，发生破膜。该现象并不只限在聚乙烯和聚丙烯中发生，使用其他热塑性树脂时，温度在构成该微多孔质膜的树脂熔点以上时就无法避免该现象。

隔膜尽管并不参与锂离子二次电池中的电化学反应，但直接影响锂离子二次电池的容量、循环性能以及安全性能。聚乙烯制微多孔质膜的熔点约为130℃，聚丙烯制微多孔质膜的熔点的温度为160℃。当锂离子二次电池在过充、过载、撞击、挤压等情况下可能会释放出大量的热量，锂离子二次电池的内部的温度迅速上升，隔膜收缩或融化可能会导致正负极接触，此时锂离子二次电池的内部短路导致热失控，甚至引发起火灾及爆炸。

针对现有技术中存在的技术问题，现有的技术方案包括：1.在聚烯烃制微多孔质膜表面涂覆聚醚类(如聚氧化乙烯)、聚丙烯腈类、聚丙烯酸酯类(如聚甲基丙烯酸甲酯及其共聚物)、聚偏氟乙烯类(包括聚偏二氟乙烯、以及偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)等极性聚合物来改善隔膜吸附电解液性能，同时降低隔膜在熔融温度附近收缩比率，但该技术方案对于聚烯烃制微多孔质膜的热稳定性没有改善，存在安全隐患；2.在聚烯烃制微多孔质膜的表面涂覆一层陶瓷层来降低隔膜的热收缩率，但在极端的情况下，锂离子二次电池的内部局部位置短路后，局部温度会迅速上升，局部的热量很容易使对应位置的隔膜温度升高到150℃以上，这样涂覆有陶瓷层的聚烯烃制微多孔质膜同样会产生局部的热收缩并造成进一步的短路，进而导致热失控，因此该技术方案任然存在安全隐患；3.在聚烯烃制微多孔质膜的表面先涂覆一层陶瓷层后再涂覆极性聚合物，但该技术方案而且很难保证厚度均一，而且使得涂覆膜克重至少增加50％以上，这又会使得锂离子二次电池的能量密度下降。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种隔膜，该隔膜的使用聚烯烃制微多孔质膜作为基础材料，通过在聚烯烃制微多孔质膜上叠层各种改质多孔层来提高隔膜的安全性能，使用该隔膜的锂离子二次电池在其内部的局部温度会迅速上升时，隔膜可以防止锂离子二次电池的正、负极发生短路接触，从而提升锂离子二次电池的安全性能。本发明中记载的改质多孔层是指，含有赋予或改善耐热性、与电极材料的粘附性、以及电解液渗透性等功能膜层。

一方面，本发明提供一种隔膜，该隔膜包括：聚烯烃制微多孔质膜；无机多孔层，无机多孔层设置在聚烯烃制微多孔质膜的表面；有机多孔层，有机多孔层设置在无机多孔层的表面。设有机多孔层的平均厚度为A、无机多孔层的平均厚度为B、聚烯烃制微多孔质膜的平均厚度为C，满足：4B≥C≥2B＞B＞A。优选的，聚烯烃制微多孔质膜的平均厚度为12-15μm，无机多孔层的平均厚度为4-6μm，有机多孔层的平均厚度为1.5-3μm。

另一方面，本发明还提供一种制备上述隔膜的方法，包括如下步骤：

步骤一，将高密度聚乙烯、交联型聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、聚(丙烯-alt-乙烯)以及成型用溶剂混合后进行熔融混炼制备得到混合溶液；

步骤二，使用模具对混合溶液进行挤出工序，通过成型用溶剂除去手段除去冷却辊表面的成型用溶剂，再利用该冷却辊对挤出的混合溶液进行冷却形成胶状成型物；