[发明专利]一种用静电纺丝纤维喷涂聚烯烃微孔膜制备复合锂电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型锂离子电池隔膜及其制备方法，具体的说，本发明涉及一种用静电纺丝纤维喷涂聚烯烃微孔膜制备复合锂电池隔膜的方法，属于锂电池隔膜技术领域。

背景技术

随着煤炭、石油等化石燃料的日趋枯竭，能源问题越来越引起人们的重视。锂电池由于具有高能量密度和高功率密度的优势，已经广泛应用于手机、笔记本等便携式电子产品，近年来随着电动汽车、混合动力汽车的推广，锂动力电池需求更加广泛，同时也对锂电池的安全性能和充放电性能提出了更高的要求。

隔膜是锂电池中的一个重要组件，它主要起到防止正、负极直接接触同时使锂离子自由传输的作用，传统的聚烯烃微孔隔膜具有良好的化学稳定性，厚度薄且机械性能较高，但是聚烯烃隔膜孔隙率低，电解液润湿性差，这将不利于获得较高的离子电导率，而且锂电池在过充/过放或其他非正常使用的极限工况下会产生大量的热，容易使聚烯烃隔膜产生尺寸收缩或熔化，进而造成正负极局部接触短路。因此，为了提高动力锂电池的大倍率充放电性能和安全性能，亟需开发出新型高性能的锂电池隔膜。

聚芳醚砜酮(PPESK)是一种含二氮杂萘联苯酮结构的特种工程塑料，它具有较高的机械性能和优异的热稳定性，并且可溶于常见的有机溶剂，因而可以采用静电纺丝技术制备成纳米纤维薄膜。近年来，静电纺丝技术制备的纤维膜被广泛应用于锂电池隔膜的研究，主要是由于其具有较高的孔隙率(一般可达80％-90％)、良好的孔连通性和较高的比表面积，这些优点都有利于吸收更多的电解液，促进锂离子的自由传输，因而静电纺纤维膜适用于制造高离子电导率和高功率密度的锂电池。但是静电纺丝纤维膜较差的力学性能限制了其作为锂电池隔膜的工业应用，这是因为隔膜在锂电池组装过程中会受到沿卷绕方向上较大的拉伸力，而现有的静电纺丝纤维膜难以达到这样的要求。将传统聚烯烃隔膜与静电纺丝纤维膜结合起来制备聚烯烃/聚芳醚砜酮三层复合隔膜，则既可以发挥聚烯烃隔膜良好的机械强度，又可以发挥聚芳醚砜酮材料良好的耐高温性能和较高的电解液润湿性，最终制备得到功能性和安全性都比较优良的新型锂电池隔膜。

本发明专利采用静电纺丝技术，以聚烯烃微孔隔膜作为接收基底，以聚芳醚砜酮(PPESK)树脂溶液作为纺丝溶液，在一定的电压和接收距离条件下进行静电纺丝，聚合物射流经充分拉伸、溶剂挥发和固化，最终在聚烯烃隔膜表面形成一层致密的聚芳醚砜酮纳米纤维膜，得到聚烯烃/聚芳醚砜酮三层复合隔膜，充分发挥了聚烯烃隔膜和聚芳醚砜酮纤维膜的优良性能。制备得到的复合隔膜不但具有保持了聚烯烃隔膜较高的机械强度，热稳定性也显著提升，在150℃温度下可以保持稳定的尺寸不发生收缩。同时复合膜平均孔隙率也有提升，高孔隙率和PPESK良好的电解液润湿性大大提高了复合隔膜的电解液吸收率。电化学测试表明复合隔膜展现出较高的离子电导率和较小的界面电阻。此外，复合隔膜装配电池测试结果显示出稳定的循环性能和良好的大倍率放电性能。因此，聚烯烃/聚芳醚砜酮三层复合纤维膜有望成为一种新型高性能锂电池隔膜。

专利CN201510716512.2提出了一种带夹层锂电池隔膜的制备方法，锂电池隔膜包括上层隔膜、下层隔膜及陶瓷浆料层，陶瓷浆料层两面分别贴合上层隔膜及下层隔膜。制备方法是在上层隔膜或下层隔膜的其中一面涂刷陶瓷浆料层；在陶瓷浆料层上对应贴合下层隔膜或上层隔膜；将贴合有上层隔膜及下层隔膜的陶瓷浆料层烘干。该发明在陶瓷浆料层两面分别贴合上层隔膜及下层隔膜，大大增加隔膜的安全性，大幅度降低锂电池制造过程和使用过程中产生的短路现象，但是中间陶瓷浆料的存在，可能会使上下隔膜层之间的粘结力有限，容易发生相对滑动。

专利CN201410542516.9提出了一种锂电池用陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，主要是将由氧化铝、粘接剂等构成的水性陶瓷涂覆浆料，均匀涂敷在基材隔膜表面制成陶瓷复合隔膜，该方法制备的陶瓷涂覆隔膜热安全性提高、对电解液润湿能力强，应用在锂电池上可以提高电池的循环寿命，但是陶瓷相与有机相之间的结合力较弱，易出现陶瓷脱落(掉粉)的现象。

专利CN201410806915.1提出了一种锂电池隔膜的制备方法，将两层聚乙烯薄膜层压合在无纺布基层上下两面，制备的锂电池隔膜具有高孔隙率、低厚度、高吸液量、低电阻的特性，使锂电池容量高、使用寿命长等优点，但是复合膜外层的聚乙烯隔膜使得隔膜整体的热稳定性较差，无法起到提高锂电池隔膜安全性能的作用。