[发明专利]一种锂离子电池用聚烯烃多层微多孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用隔膜材料及其制备方法，具体涉及一种应用于锂离子二次电池等电化学储能设备的聚烯烃多层微多孔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池隔膜是应用于锂离子电池中的起到隔离正负极防止电池短路同时具有一定的孔隙结构能够确保锂离子顺利通过的锂离子电池的重要组件之一。这种隔膜可以用于电子产品、电气设备等通讯类的锂离子电池。近年来，开展了锂二次电池作为电动汽车和混合动力汽车等动力类电源的研究，这类高端锂离子电池要求大功率输出、高容量、优异的循环性能、安全等性能，则要求隔膜具备热稳定性、电化学稳定性、良好的机械性能和一定的孔隙结构等优异的综合性能，包括低闭孔温度、高熔融温度、良好的电解液亲和性、一定的孔径大小和孔隙率等性能。

专利CN1882436A中提出表面涂布可以凝胶化的氟树脂，并形成多孔质体的覆盖层，以获得耐热收缩性、熔化特性较优良的微多孔膜。专利CN101228650A中提出在隔膜上涂布一层聚间苯二甲酰间苯二胺的多孔质层，从而获得具备高破膜温度的复合多孔膜。上述隔膜通过涂覆亲和性的基团，改善隔膜的亲液性，同时利用了其中高熔点的物质提高了隔膜的热稳定性能，但是涂布液会引起孔的部分堵塞，使隔膜内阻增大，此外亲和性的基团容易在锂电池使用过程脱落，不利于锂离子电池循环寿命以及安全性。

专利CN101536221B提供了一种共挤出的多层电池隔膜，此微孔膜具有至少两个由可挤出的聚合物制成的层，该隔膜具有较低的闭孔温度和较高的熔破温度，提高了电池的安全性能。但该隔膜未能解决聚烯烃隔膜亲液性差，吸液保液能力差的问题。且该隔膜孔隙率和孔径偏小，不利于离子传导，隔膜实现大电流放电的平台低、循环性能差。

上述方法能够在部分性能上对锂离子电池用聚烯烃微孔膜进行优化，但还是无法完全满足动力锂离子电池的应用要求。为了确保动力锂离子电池的安全性，要求电池隔膜具备良好的热稳定性，不仅有较低的闭孔温度，还要有较高的熔破温度和低的热收缩率。在单层PE或者PP膜上进行涂覆改进，存在涂层脱落和堵孔现象，降低了隔膜的孔隙率，不利于大电流充放电，其循环寿命和安全性能差。如果加大了孔隙率，隔膜热收缩性能变差，电池安全性能不佳。通过PE和PP复合可以获得较好的热稳定性，但是目前主要使用的三层复合隔膜存在孔隙率低、孔径小、亲液性差、界面剥离强度小以及阻抗大的问题，无法同时满足动力锂离子电池大功率的需求。本发明旨在提供一款具备优异的亲液性、高孔隙率和高界面剥离强度且综合性能优异的隔膜，以满足高端锂离子电池，尤其是动力锂离子电池大功率充放电和长循环寿命的要求，并保证其安全性能。

动力及储能锂离子电池是近年来开发出的新型锂离子电池产品，主要应用在以锂离子电池为动力的新能源汽车及储能电站等高端领域，可以部分或完全替代目前汽车工业赖以生存的石化能源，具有非常广阔的市场前景。它是一款非常环保的清洁能源产品，有效减少温室气体排放，降低我国的单位GDP能耗，对解决我国石油严重依赖进口的状况具有非常深远的战略意义。这类高端锂离子电池通常需要使用几十甚至上百个电芯进行串并联来获得高的能量、提供大的功率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具备优异的亲液性、高孔隙率和高界面剥离强度且综合性能优异的聚烯烃多层微多孔膜，可用于高容量、大功率充放电的动力锂离子电池，有利于提高动力锂离子电池的循环寿命和安全性能。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子电池用聚烯烃多层微多孔膜的制备方法。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种锂离子电池用聚烯烃多层微多孔膜，其包括聚乙烯微多孔层，在所述聚乙烯微多孔层的上下两个表面各有一层离子加速层，在所述离子加速层的外表面各有一层聚丙烯微多孔层。

本发明的五层结构可以提供隔膜较低的闭孔温度和较高的破膜温度，增大隔膜的安全窗口，提供良好的安全性能；同时，离子加速层提供隔膜低电阻、高电子传导率以及良好的吸液性能和保液性能，能够提高锂离子电池的充放电功率和循环寿命；所述离子加速层具有微孔网状结构，同时具有优异的亲液性能和粘结性能，这样可以保证多层微多孔膜各层良好复合的同时，提高隔膜的离子传输性能，并保持良好的透气性能。

作为本发明的进一步技术方案，所述聚乙烯微多孔层为孔隙率≥45%的湿法聚乙烯微多孔层，所述聚乙烯微多孔层由分子量≥10⁵的均聚聚乙烯或共聚聚乙烯组成；所述聚丙烯微多孔层由分子量为40～60万，熔点为160℃的聚丙烯组成。