[发明专利]一种复合隔膜及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供一种复合隔膜及其制备方法和锂离子电池。所述复合隔膜包括基膜、涂覆在所述基膜一侧的热响应聚合物涂层以及涂覆在所述基膜另一侧的芳纶涂层；所述热响应聚合物涂层中热响应聚合物为丙烯酸甲酯、甲基丙烯腈、聚乙烯微球、聚苯乙烯、丁二烯、丁烯腈或丙烯酸乙酯中任意一种单体的均聚物或所述单体中任意两种或三种的共聚物。本发明通过采取在基膜双面涂覆热响应聚合物浆料和芳纶浆料，制备得到轻量化的热响应复合隔膜，采用的热响应聚合物能够在120℃下能够受热熔化坍塌发生热响应效应，进而切断锂离子的传输，避免电池热失控及短路的发生，起到保护电池及避免事故发生的作用。

技术领域

本发明属于隔膜材料技术领域，具体涉及一种复合隔膜及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

目前，商业化聚烯烃隔膜及涂覆隔膜存在耐热性较差、受热易收缩、容易隔膜被刺穿导致生成锂枝晶以及热失控现象，进而导致正负极直接接触刺破隔膜引发电池短路，进一步影响锂离子电池的安全性能和使用寿命。此外，随着高性能的锂离子电池隔膜大量被应用于电子设备以及电动汽车领域，其逐渐成为被研究的热点之一。隔膜性能的优劣直接影响了电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池的好坏，因此需要开发一种具有低熔点、涂层面密度较小具有更好的透气性的热响应隔膜，即熔点低于湿法聚乙烯隔膜的热闭孔温度(130℃)，这有利于改善锂离子电池的安全寿命以及防止锂离子电池发生热失控和短路事故，并有利于推动未来动力电池的快速发展。

基于以上问题，CN103208604A公开了一种具有热闭孔功能的电纺复合隔膜和锂离子电池。所述具有热闭孔功能的电纺复合隔膜为无纺布结构，包括聚酰亚胺纳米纤维和含双马来酰亚胺和偶氮二异丁腈的低熔点聚合物纳米纤维，聚酰亚胺纳米纤维与低熔点聚合物纳米纤维杂序交错。所述低熔点聚合物纳米纤维的熔点可为90～110℃，其可以实现二次热闭孔功能，避免因热惯性的作用导致锂离子电池正负电极的直接接触，显著提高锂离子电池安全性能。其次，CN107359300A公开了一种芳纶复合涂覆的锂离子电池隔膜及其制备方法，所述隔膜包括锂离子电池基膜和涂布于所述基膜单侧或双侧的涂层，所述涂层由芳纶复合浆料经涂布、水蒸汽预加热和热风烘干后获得，其具有良好的机械性能和耐高温性，同时，该隔膜具有开放孔结构，对电解液的润湿性有大幅提升。此外，其具有环境友好、成本低、工艺简单和便于连续化生产等特点。最后，CN104485437A公开了具有热闭孔功能复合纳米纤维隔膜、制备方法和储能器件，具有热闭孔功能的复合纳米纤维隔膜为无纺布结构，由原纤化纤维素纳米纤维和至少一种低熔点聚合物纳米纤维相互交联复合而成；所述低熔点聚合物纳米纤维为含聚烯烃和聚酯类纳米纤维。隔膜的闭孔温度为130～170℃，闭孔后纤维膜不收缩，在200℃高温下加热30min热收缩率小于2％，显著提高以上储能器件安全性。

然而，目前热闭孔涂覆隔膜仍存在厚度太厚、透气性、保液能力和耐热收缩率相对较低的问题，不利于改善轻量化锂离子电池的制作和电化学性能的优化。因此有必要开发一种轻量化具有热响应功能的复合隔膜。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合隔膜及其制备方法和锂离子电池。本发明针对提高锂离子电池隔膜的耐热稳定性、电池的安全性以及提高锂离子电池隔膜的物化性能，例如改善隔膜的透气性、拉伸强度和离子电导率等，提供了一种热响应复合隔膜，能够实现电池大倍率充放电，并提高了电池的倍率性能、循环寿命、耐热稳定性和安全性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种复合隔膜，所述复合隔膜包括基膜、涂覆在所述基膜一侧的热响应聚合物涂层以及涂覆在所述基膜另一侧的芳纶涂层；

所述热响应聚合物涂层中热响应聚合物为丙烯酸甲酯、甲基丙烯腈、聚乙烯微球、聚苯乙烯、丁二烯、丁烯腈或丙烯酸乙酯中任意一种单体的均聚物或所述单体中任意两种或三种的共聚物。

在本发明中，所述热响应指的是聚合物能够在120℃下受热熔化的行为。