一种锂离子电池隔膜及其制备方法与流程

本发明涉及电池隔膜，尤其涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、随着锂离子电池能量密度的增加，以及电池体积和重量的增加，其散热性和稳定性变差，更易发生热失控现象，在高温条件下隔膜发生收缩和熔断，导致正负极接触并迅速积聚大量热，产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。隔膜是防止电池短路的关键技术材料，电池短路将大幅加速电池材料的分解放热，因此提高隔膜热稳定性和熔断温度对于电池安全至关重要。

2、目前，锂离子电池隔膜主要为聚烯烃拉伸膜和无纺布两大类。聚烯烃拉伸膜(如聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)膜)技术成熟度高，具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的优点，是目前市场上的主流隔膜。然而聚烯烃材料耐温性能受限，合适的工作温度低于150℃。在聚烯烃隔膜上进行耐高温陶瓷涂覆，能有效改善隔膜的热稳定性，然而在300℃下测试表明，陶瓷颗粒的骨架还在，但隔膜强度完全丧失，仅凭陶瓷涂覆并不能有效提高隔膜的耐高温性能。

3、例如，日本住友化学株式会社的专利申请(公开号cn106914384a)提出在聚烯烃基材上涂覆耐热涂层，耐热涂料将氧化铝等无机填料分散在芳纶的nmp(n甲基-吡咯烷酮)溶液中制备，该方法虽然可以有效提升隔膜的耐热性能，但增加了涂布工序，并且使用有机溶剂，相应的增加了生产成本以及环境、安全控制成本。

技术实现思路

1、基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池隔膜及其制备方法，通过耐高温聚合物纤维和热塑性聚合物纤维/微球复配形成陶瓷涂层，不仅可以使所得电池隔膜获得有效提升的耐热性能，而且还具有优异的吸液保湿性能，大大提高了所得电池隔膜的使用安全性。

2、本发明提出的一种锂离子电池隔膜，包括隔膜基体，所述隔膜基体至少一个表面上还结合有陶瓷涂层；

3、其中，所述陶瓷涂层包括耐高温聚合物纤维、热塑性聚合物纤维/微球、粘结剂和陶瓷粉。

4、本发明中，通过在隔膜基体至少一个表面上形成包含耐高温聚合物纤维和热塑性聚合物纤维/微球的陶瓷涂层，耐高温聚合物纤维由于具有较高的玻璃化温度，其可以有效提升所得陶瓷涂层的耐热性，包括改善隔膜的热收缩性，并减轻电池及电池模组的质量；热塑性聚合物纤维/微球由于具有较低的玻璃化温度，其可以在后续热处理后熔化变形，使耐高温聚合物纤维和热塑性聚合物纤维/微球之间形成较强的分子链相互作用，由此实现了将耐高温聚合物纤维彼此粘连并形成一个整体的聚合物网状结构，该网路结构的间隙有助于电解液渗透，便于锂离子穿透，因此不仅提升了所得电池隔膜的机械强度，还获得了良好的耐高温性和优异的吸液性能。

5、优选地，所述耐高温聚合物纤维为芳纶纳米纤维、聚酰亚胺纳米纤维或聚酰胺酰亚胺纳米纤维中的至少一种；

6、优选地，所述耐高温聚合物纤维的玻璃化温度≥180℃。

7、优选地，所述热塑性聚合物纤维/微球为聚甲基丙烯酸甲酯纤维/微球、聚乙烯纤维/微球、聚丙烯纤维/微球或聚偏氟乙烯纤维/微球中的至少一种；

8、优选地，所述热塑性聚合物纤维/微球的玻璃化温度≤150℃。

9、优选地，所述粘结剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚酰胺酸锂盐、羧甲基纤维素、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

10、优选地，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化硅、氧化钛、勃姆石、碳化硅或氮化镁中的至少一种。

11、优选地，所述陶瓷粉体为接枝改性陶瓷粉体；

12、优选地，所述接枝改性陶瓷粉体是将陶瓷粉体经过烯基硅烷偶联剂接枝改性后，再与丙烯酸酯单体共聚得到；

13、优选地，所述丙烯酸酯单体为丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯或甲基丙烯酸丁酯中的至少一种。

14、本发明中，利用烯基硅烷偶联剂对陶瓷粉体进行预处理，使得陶瓷粉体上接枝烯基基团，此后再与丙烯酸酯单体共聚从而使得陶瓷粉体表面包覆聚丙烯酸酯的聚合物层，由此使得陶瓷粉体呈非极性，增强其与耐高温聚合物纤维以及热塑性聚合物纤维/微球之间的相容性，确保获得陶瓷涂层，提升所得电池隔膜在高温下的耐热变形能力。

15、优选地，所述耐高温聚合物纤维、热塑性聚合物纤维/微球、粘结剂和陶瓷粉的质量比为5-20:1-10:1-10:100。

16、优选地，所述隔膜基体为聚乙烯单层隔膜、聚丙烯单层隔膜、聚乙烯-聚丙烯-聚乙烯多层隔膜、聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多层隔膜、纤维素隔膜、聚对苯二甲酸乙二酯无纺布隔膜、聚对苯二甲酸丁二酯无纺布隔膜、聚酰亚胺无纺布隔膜、聚酰胺无纺布隔膜或聚四氟乙烯无纺布隔膜中的至少一种。

17、本发明还提出一种锂离子电池隔膜的制备方法，包括：

18、将耐高温聚合物纤维、热塑性聚合物纤维/微球、粘结剂和陶瓷粉加入水中分散均匀，得到陶瓷浆料；将所得陶瓷浆料涂覆到隔膜基体至少一个表面上干燥形成陶瓷涂层，即得到所述锂离子电池隔膜。

19、优选地，所述陶瓷浆料中还包括分散剂；

20、优选地，所述分散剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素铵或聚环氧乙烷中的至少一种。

21、本发明提出的一种锂离子电池隔膜及其制备方法，通过耐高温聚合物纤维、热塑性聚合物纤维/微球复配构建聚合物网络结构，热塑性聚合物纤维/微球的玻璃化温度较低，在热压过程中，热塑性聚合物纤维/微球熔融后将耐高温聚合物纤维粘结在一起，显著提升电池隔膜与极片的粘结性，并使得耐高温聚合物纤维在形成的聚合物网络结构中稳定分散，提高所得电池隔膜的耐高温性和机械强度；并且，聚合物网络结构具有丰富的孔隙结构，堆积间隙便于电解液渗透和锂离子穿透，提高孔隙率和电导率，由此提高了锂离子电池使用时的稳定性和安全性能。

技术特征：

1.一种锂离子电池隔膜，包括隔膜基体，其特征在于，所述隔膜基体至少一个表面上还结合有陶瓷涂层；

2.根据权利要求1所述锂离子电池隔膜，其特征在于，所述耐高温聚合物纤维为芳纶纳米纤维、聚酰亚胺纳米纤维或聚酰胺酰亚胺纳米纤维中的至少一种；

3.根据权利要求1或2所述锂离子电池隔膜，其特征在于，所述热塑性聚合物纤维/微球为聚甲基丙烯酸甲酯纤维/微球、聚乙烯纤维/微球、聚丙烯纤维/微球或聚偏氟乙烯纤维/微球中的至少一种；

4.根据权利要求1-3任一项所述锂离子电池隔膜，其特征在于，所述粘结剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚酰胺酸锂盐、羧甲基纤维素、聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

5.根据权利要求1-4任一项所述锂离子电池隔膜，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化硅、氧化钛、勃姆石、碳化硅或氮化镁中的至少一种。

6.根据权利要求1-5任一项所述锂离子电池隔膜，其特征在于，所述陶瓷粉体为接枝改性陶瓷粉体；

7.根据权利要求1-6任一项所述锂离子电池隔膜，其特征在于，所述耐高温聚合物纤维、热塑性聚合物纤维/微球、粘结剂和陶瓷粉的质量比为5-20:1-10:1-10:100。

8.根据权利要求1-7任一项所述锂离子电池隔膜，其特征在于，所述隔膜基体为聚乙烯单层隔膜、聚丙烯单层隔膜、聚乙烯-聚丙烯-聚乙烯多层隔膜、聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多层隔膜、纤维素隔膜、聚对苯二甲酸乙二酯无纺布隔膜、聚对苯二甲酸丁二酯无纺布隔膜、聚酰亚胺无纺布隔膜、聚酰胺无纺布隔膜或聚四氟乙烯无纺布隔膜中的至少一种。

9.一种权利要求1-8任一项所述锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述陶瓷浆料中还包括分散剂；

技术总结本发明提供了一种锂离子电池隔膜及其制备方法，包括隔膜基体，所述隔膜基体至少一个表面上还结合有陶瓷涂层；其中，所述陶瓷涂层包括耐高温聚合物纤维、热塑性聚合物纤维/微球、粘结剂和陶瓷粉。本发明提出的一种锂离子电池隔膜及其制备方法，通过耐高温聚合物纤维和热塑性聚合物纤维/微球复配形成陶瓷涂层，不仅可以使所得电池隔膜获得有效提升的耐热性能，而且还具有优异的吸液保湿性能，大大提高了所得电池隔膜的使用安全性。技术研发人员：刘国隆,许辉,曹河文受保护的技术使用者：浙江中科玖源新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17