[发明专利]一种锂电隔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电隔膜制备领域，特别是一种锂电隔膜及其制备方法，该锂电隔膜为具有微孔结构的聚四氟乙烯多孔膜，其制备步骤主要包括成膜溶液的制备、溶液相转化成膜、膜结构高温转化及膜后处理等步骤。本发明的锂电隔膜主要由聚四氟乙烯树脂构成，孔隙率高、微孔结构发达，同时机械性能和耐高、低温性能较传统聚烯烃隔膜更强，实现了优化隔膜结构、提高隔膜性能、降低隔膜成本的多重效果，在高性能锂电池领域具有良好的应用前景。本发明的制备工艺简单易行，成本低廉，环境友好，有利于大规模推广。

技术领域

本发明属于锂电隔膜制备技术领域，具体涉及一种新结构锂电隔膜及其制备方法。

背景技术

在锂电池中，隔膜的主要功能是保持正极和负极隔开，以防止短路，同时允许电解液离子的快速转移，是锂离子电池重要的组成部分。隔膜的性能会直接影响电池的特性，如电池的容量、内阻、倍率、循环和自放电等性能。目前，聚烯烃类隔膜因良好的机械性能、化学稳定性能、高温自闭性能而广泛应用于锂离子电池隔膜材料中，但其耐热收缩性、阻燃性较差，当电池温度不断升高时，隔膜易发生热收缩、甚至熔断，正负极就会直接接触而产生内短路，引起电池温度急剧升高，达到正负极材料热分解温度，进而造成电池冒烟、着火甚至发生爆炸。

为了改善隔膜热稳定性，中国专利CN105845870A提供一种在聚烯烃隔膜表面涂敷陶瓷涂层浆料锂离子电池复合隔膜，改善隔膜的热收缩性能。但是陶瓷涂层会增加隔膜厚度，增加电池内阻，使电池能力密度减低，同时提高隔膜成本。中国专利CN106898720A通过由芳香族聚酰胺、凝胶聚合物、金属氢氧化物组成的功能涂层涂覆聚烯烃隔膜表面，提高电池隔膜耐热、阻燃性能。同时，人们利用聚酰亚胺(PI)材料的高耐热性，开发了一种高孔隙率的电纺PI纳米纤维电池隔膜。这种高孔隙率PI纳米纤维隔膜在350℃高温下不收缩，并具有耐过充过放、高倍率性能和高循环性能等特点，使锂离子电池的电化学性能得到了大幅度提高。然而，由于这种电纺纳米纤维隔膜是一种由纤维堆积的非织造布，具有过高的孔隙率和过大的表面孔径，导致电池的荷电保持率较低，常出现微短路现象，尤其是当电池隔膜厚度较低时，如低于20微米，这种情况出现的几率相当高。

因此，开发一种兼具优异结构和耐温性能的锂离子电池隔膜显得尤为迫切。针对传统工艺的不足，本发明利用相转化和高温烧结两步工艺制备了一种新型结构的锂电隔膜，该隔膜结构和性能优异，成本较低。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种新型结构锂电隔膜及其制备方法，本发明方法制备的锂电隔膜具有更优的孔道结构和更优的耐高温性能，同时制备成本更低，在高端锂离子电池领域具有良好的应用前景；且本发明生产工艺简单、成本低、环境友好，可满足大规模工业化生产的需要。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种锂电隔膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)成膜溶液的制备：选取热分解温度较低、溶解性良好的树脂为牺牲树脂，将其与聚四氟乙烯树脂粉末按一定比例混合，之后加入溶剂配制成一定浓度的成膜溶液，经脱泡后备用；

(2)将步骤(1)中制备的成膜溶液在洁净的玻璃板表面利用刮刀刮制成一定厚度的湿膜，然后在一定温度、湿度的环境中静置一定时间，再将上述载有液膜的玻璃板置于过量的凝固浴中静置一定时间，之后将树脂膜从玻璃板表面剥离、烘干，备用；

(3)将步骤(2)烘干的树脂膜置于高温炉中，在一定气氛、一定温度下进行高温处理，然后取出隔膜，并在乙醇、去离子水中漂洗、烘干，即得所述锂电隔膜。

优选的，步骤(1)中所述的聚四氟乙烯树脂为颗粒状，粒径约为50-200nm。

优选的，步骤(1)中所述牺牲树脂的分解温度低于聚四氟乙烯的分解温度，其在溶剂二甲苯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的溶解度大于10％。