[发明专利]一种电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池以其高比能量、高电压、体积小、重量轻、无记忆性等优点，近十年来获得了巨大的发展，已成为通讯类电子产品的主要能源之一，然而，锂离子二次电池也存在着安全隐患。在高温、短路、过充放、振动、挤压和撞击等情况下，将使电池温度升高，进而引发锂离子电池内部物质发生化学反应，如正极材料的热分解、电解液的热分解和负极上SEI膜的热分解等反应，上述反应的产物将和溶剂发生更为剧烈的反应，这些反应将释放出大量的热，使体系温度不断上升、电池内压升高，可能造成电池的着火、爆炸。因此，提高锂离子电池安全性是研发锂离子电池的关键。

电池隔膜在锂离子电池中起到阻止正负极直接接触短路的作用。为了提高电池的安全性，不仅要求电池隔膜能在常温下阻止正负极直接接触短路，同时还要求在高温下该电池隔膜也能够阻止正负极直接接触短路。但现在常用的电池隔膜，如聚乙烯、聚丙烯很难保证高温下的完整性，炉热等安全测试中经常出现因电池隔膜收缩造成内部短路、引发热失控的问题。因此，提高电池隔膜的耐高温性能是提高锂离子二次电池高温安全性能的关键。

锂离子电池的安全性主要由正极材料、电解液-溶剂种类和隔膜性能决定，然而，正极材料、电解液-溶剂及负极上SEI膜的热稳定性的提高是很有限的，因此，提高电池隔膜的热稳定性就成为提高电池安全性的重要途径。在较低温度(140℃)下，锂离子电池安全是通过隔膜对电流的遮断功能实现的，因为用作隔膜的低玻璃化温度(小于140℃)聚合物将在100-140℃之间发生熔化，导致微孔孔道关闭，阻抗迅速增加而使电流遮断。现在常用的聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)隔膜的自闭温度分别为130-140℃和170℃左右。在较高温度下，即使隔膜的孔关闭后，由于其他原因导致电池温度继续升高，超过隔膜的耐热温度，隔膜将被完全熔化、破坏，导致正极、负极直接接触而短路，从而引起更加强烈的放热反应，引起电池着火、爆炸。现在常用的电池隔膜如PE、PP熔化温度都低于200℃，无法给电池提供更高温度(200-500℃)下的安全保障。

专利CN 1725524A公开了一种由层叠了聚烯烃层和耐热层的微多孔膜形成的非水电解质电池用隔膜，耐热层是由熔点为180℃以上的聚酰胺、聚酰亚胺、或聚酰胺酰亚胺形成。虽然此方法能改善隔膜的热稳定性，然而，由于隔膜的基材仍然是聚烯烃材料，当温度超过聚烯烃材料的熔点时(180℃)时，聚烯烃材料发生熔化，隔膜基材遭到破坏，热膨胀系数的巨大差别将导致依附于聚烯烃基材的耐热层聚合物随之脱落，并且，耐热层聚合物的厚度为1-4微米，耐刺穿性能弱于相同材质的厚薄膜(厚度10-25微米)。

CN 1512607A提供了一种改进的多孔膜，该多孔膜含有乙烯-丙烯-亚乙基降冰片烯三元共聚物，通过三者的交联作用提高强度和耐热性能。但因为使用了超高分子量聚乙烯和降冰片烯提高了成本，而且也是采用传统的热塑性材料PE/PP为主，热收缩率相对较大。

目前现有的电池隔膜通常以聚烯烃材料为基材，由于聚烯烃材料的熔点低，因此当温度超过聚烯烃材料时，聚烯烃材料发生融化，隔膜遭到破坏，导致正极、负极直接接触而短路，从而引起更加强烈的放热反应，引起电池着火、爆炸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐热性好、机械强度高、循环性好的电池隔膜及其制造方法。

本发明提供一种电池隔膜，该隔膜包括基材和分布在基材上的孔，其中，所述基材含有聚酰亚胺，基材上的孔中含有聚烯烃层。

本发明提供一种电池隔膜的制备方法，该方法包括将含有基材、溶剂、成孔物质和聚烯烃的溶液成膜，然后去除成孔物质，其中，所述基材含有聚酰亚胺，基材上的孔中含有聚烯烃层。

本发明提供的电池隔膜由于采用新型耐高温材料聚酰亚胺作为基材，因而具有优异的化学稳定性、耐高温性、良好渗透性、高机械强度。本发明实施例中获得的电池隔膜加热到400℃高温也不发生破裂；电池隔膜在400℃的热收缩率均不大于1.2％，远小于现有技术中5％的热收缩率；且有合适优良的透气度，而且热收缩率也远小于现有技术中的电池隔膜。

具体实施方式

本发明提供了一种电池隔膜，该隔膜包括基材和分布在基材上的孔，其中，所述基材含有聚酰亚胺，基材上的孔中含有聚烯烃层。

本发明中，所述聚酰亚胺可以是各种重复单元中含有酰亚胺基团的聚合物，优选情况下，所述聚酰亚胺为具有下述结构式的聚酰亚胺：