[发明专利]一种湿法抄造的锂离子电池隔膜柔性基材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池材料及其制备方法，尤其是一种锂离子电池隔膜用多孔 柔性基材及其制备方法。

背景技术

1991年日本索尼公司成功地推出了商品锂离子电池以来，锂离子电池已成 为手机、笔记本电脑和数码电子产品的主导电源。近年来动力锂离子电池以其能 量密度和功率密度都较大、无记忆效应、自放电较小以及循环寿命较长等特点已 成功的应用于车载动力电池。动力锂离子电池及隔膜材料的产品及研发成为新能 源动力汽车发展的关键核心技术。

锂离子动力电池的隔膜是锂离子电池重要的组成材料，通常是薄的多孔绝缘 材料，它具有高的离子透过性和好的机械强度，并对各种化学物质和化学溶剂具 有长期稳定性。因此，利用隔膜的不导电性将电池的正负极隔开，防止两电极接 触而短路；同时依靠隔膜自身的多微孔结构，让离子容易通过，保持正负极间良 好的离子导电性。到外部由于发生短路或错误连接使电池内部产生非常大的电流 时，电池内部温度升高至一定程度时，隔膜将发生热熔化而导致微孔结构关闭， 从而切断电流，使电池停止工作，确保电池安全。因此，隔膜对于电池的使用寿 命有很大影响。

锂离子动力电池用于高功率动力电源使用时，自身发热产生高温，易引起电 池热失控以及隔膜收缩造成短路击穿，对动力电池威胁极大，安全性已成为动力 电池发展中的关键因素之一。目前使用的隔膜主要由多孔有机聚合物隔膜构成。 典型的有机隔膜有聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合膜。多孔膜 的工业生产方法主要有两种方法：相分离法(湿法)和拉伸致孔法(干法)。前 者为将高分子和溶剂在高温下的均匀混合物进行相分离，形成多孔性膜。在工业 上，主要是以高密度聚乙烯作为主要原料，与溶剂在高温下熔融混合后，冷却、 成膜，将挥发性溶剂除去后得到多孔结构。拉伸致孔法则是将聚合物从模具口中 挤出，以高拉伸比(拉伸速度/挤出速度)进行拉伸，得到片材，然后热处理， 得到高度取向的多层结构。再进行进一步拉伸，将结晶界面进行剥离，形成多孔 结构。在拉伸热定型工艺中存在记忆效应，受热后易收缩。另一方面聚乙烯、聚 丙烯等聚烯烃的熔点较低，聚乙烯约为120℃，聚丙烯约为160℃。当电池温度 超过熔点时，隔膜熔化、隔膜的阻隔作用消失，正负极产生接触短路，易引起电 池燃烧爆炸。

美国专利US2005084761公开了一种用于电池的隔膜及其制造方法，该制造 方法包括，提供具有大量空洞和其表面和内部具有涂层的片状柔性基材，其中所 述涂层是多孔电绝缘的陶瓷涂层，且所述基材的材料选自聚合物和/或天然纤维 的织造或非织造不导电纤维。专利CN101281961A中提供了一种改善上述美国专 利中的多孔电绝缘陶瓷涂层，使锂离子电池隔膜耐高温性能提高的涂层混合物。 但在以上两种方法中，所用基材的制造方法均为织造或非织造不导电纤维，基材 匀度相对来说比较差，容易造成孔径分布不均。

发明内容

本发明一个目的在于提供一种以超细涤纶纤维为主，玻璃纤维和水溶性维尼 纶纤维为辅制成的锂离子电池隔膜多孔柔性基材，其具有热稳定好、热收缩性小， 得到的基材孔径小，孔隙率高，离子导电性好，隔膜电阻小等优点。

为了达到上述目的，本发明提供了一种锂离子电池隔膜用多孔柔性基材，其 特征在于，为将结构纤维及粘结纤维通过湿法抄造得到的。

进一步，所述结构纤维由50-80重量份的超细涤纶纤维及15-40重量份的玻 璃纤维组成，所述粘结纤维为5-10重量份的水溶性维尼纶纤维。

所述超细涤纶纤维的长度为3-6mm，纤维细度为0.001-0.3D。涤纶纤维具有 优良的耐皱性、弹性和尺寸稳定性，有良好的电绝缘性能，耐摩擦，有较好的耐 化学试剂性能，能耐弱酸及弱碱。

所述玻璃纤维为中碱玻璃纤维，纤维直径为1-3μm，长度为3-6mm。玻璃纤 维主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻 璃中碱含量的多少，可分为无碱玻璃纤维(氧化钠0％～2％，属铝硼硅酸盐玻 璃)、中碱玻璃纤维(氧化钠8％～12％，属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃) 和高碱玻璃纤维(氧化钠13％以上，属钠钙硅酸盐玻璃)。其中，本发明所使用 的玻璃纤维为中碱玻璃纤维。

所述水溶性维尼纶纤维的长度为3-6mm，纤维直径为13-22μm，60-90℃可 溶于水。