[发明专利]一种锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池隔膜是锂离子电池正极和负极之间一层隔膜材料，用于防止电池的自我放电和两极短路等问题，根据其材质不同，锂离子电池隔膜主要分为：聚乙烯隔膜（PE隔膜）、聚丙烯隔膜（PP隔膜）、聚乙烯/聚丙烯复合隔膜（PP/PE/PP隔膜），以及无纺布隔膜（PET隔膜）。

近年来，随着锂电池的发展与普及应用，人们对锂离子电池隔膜安全性的要求也越来越高，因而又诞生了带有氧化硅的锂离子电池隔膜。现有技术将氧化硅黏附在隔膜基体上的方法主要有两种：一是使用粘结剂，这种方法工艺较为复杂，而且粘结剂溶点较低，一旦电池发热量过大，粘结剂就会熔化，氧化硅就会脱落，因而其使用受到了限制；二是使用涂覆技术，例如德固赛公司通过热压的形式直接将氧化硅粉体压到隔膜上面；而专利CN1679185公开的锂离子电池隔膜则是以注入、刷涂、喷涂等涂覆技术将金属氧化物涂覆到隔膜基体材料上，这类方法虽然有效地提高了锂离子电池隔膜的耐热性，保证了电池的安全，但由于氧化硅是以颗粒的形式附着在隔膜上，极易发生涂层脱落与掉粉现象，给电池隔膜的一致性和稳定性造成了极其不利的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术氧化硅涂层容易脱落的缺陷，提供一种锂离子电池隔膜的制备方法以及由该方法制得的锂离子电池隔膜，所述锂离子电池隔膜氧化硅分布均匀、剥离强度高。

本发明通过四氯化硅与水蒸气的化学反应，使得氧化硅均匀地在隔膜基体上生长，从而提高二氧化硅层的剥离强度，制得氧化硅均匀分布、不易脱落的锂离子电池隔膜，以实现本发明。

第一方面，本发明提供一种锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）提供隔膜基体，清洁后干燥；

（2）将清洁干燥后的隔膜基体浸泡至四氯化硅溶液中，然后转移到反应箱中，往反应箱中通入水蒸气，反应5～10分钟后停止通入水蒸气；

（3）控制反应箱内温度为50～80℃，反应10～30分钟后取出隔膜基体，经乙醇、去离子水清洗后干燥至恒重，得到锂离子电池隔膜，所述锂离子电池隔膜包括隔膜基体和沉积在所述隔膜基体上的氧化硅。

优选地，步骤（1）所述的隔膜基体为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯/聚丙烯复合隔膜、无纺布隔膜。

优选地，步骤（1）所述的清洁，具体操作为：将隔膜基体依次用乙醇，丙酮、去离子水各超声处理10～30分钟，以除去隔膜基体上的油污。

优选地，步骤（1）所述的干燥，具体操作为：将清洁后的隔膜基体放入真空干燥箱中，以60～80℃的温度条件干燥1～2小时。

优选地，步骤（2）所述的四氯化硅溶液，其浓度为90%～100%。

优选地，步骤（2）所述的浸泡，浸泡时间为1～30分钟。

优选地，步骤（2）所述的隔膜基体从四氯化硅溶液取出后，在5～20秒内转移至反应箱中。四氯化硅遇到湿空气会生成氯化氢，为保证操作安全，应迅速转移至反应箱中。

优选地，步骤（2）所述反应箱为可以调节温度和湿度的人工气候箱、生化培养箱或恒温恒湿培养箱。

优选地，步骤（2）所述的水蒸气从反应箱的上方通入，同时从反应箱的正下方进行抽气。通入水蒸气后，隔膜基体上的四氧化硅与水蒸气反应生成硅酸与氯化氢。从反应箱的上方通入水蒸气，同时从下方进行抽气，一方面，可以尽快排出反应生成的氯化氢，另一方面，气流从上往下走，反应产物可以紧紧依附在所述隔膜基体上，从而使最终产物氧化硅与隔膜基体的结合强度更大，抗剥离能力更高。

优选地，步骤（3）中所述的箱内温度，控制在50～60℃之间。硅酸加热至50℃以上会分解为二氧化硅与水，将箱内温度控制在50～60℃之间，可以控制二氧化硅的生成速度，使得二氧化硅在隔膜基体上附着得更为均匀。

优选地，步骤（3）中所述干燥为真空干燥，干燥温度为80～100℃。

在本发明所述制备方法中，将隔膜基体浸泡至四氯化硅溶液中，使得四氯化硅均匀依附在隔膜基体上，当通入水蒸气时，依附在隔膜基体上的四氯化硅与水蒸气反生反应，生成硅酸与氯化氢，硅酸在50～80℃条件下分解成水与氧化硅，氯化氢与水分散发出隔膜基体，而氧化硅则结合隔膜基体上。

本发明通过四氯化硅与水蒸气的化学反应，使得氧化硅均匀地在隔膜基体上生长，大大提高了氧化硅与隔膜的结合力，经测试，隔膜基体表面的氧化硅的剥离强度达8～12.2gcm。制备方法简单，操作方便，适合大规模工业化生产。