[发明专利]一种用于高安全性、高能量密度锂离子电池的隔膜制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池隔膜领域，涉及一种用于高安全性、高能量密度锂离子电池隔膜的制备方法，这种隔膜是由特种工程塑料聚苯硫醚组成的，本发明公开了该隔膜制备的方法为采用双组份稀释剂的热致相分离法，通过双组份稀释剂与聚苯硫醚熔融共混，淬冷后粉碎成粉末，再用平板硫化机压制成膜，最后用萃取剂脱除稀释剂后干燥得到聚苯硫醚隔膜。本发明制备隔膜的方法过程简单，生产成本低，易于大规模生产。本发明涉及的聚苯硫醚隔膜具有孔隙率大、耐高温、机械强度高及电解液润湿性好等特点，对发展高安全性、高能量密度锂离子电池具有重要的意义。

技术领域

本发明属于锂离子电池隔膜技术领域，具体涉及到一种用于高安全性、高能量密度锂离子电池隔膜的制备方法。

背景技术

在能源危机和全球温室效应日益严重的今天，发展清洁绿色的可持续能量储备和转化装置迫在眉睫。其中锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、环境友好、无记忆效应等优点，广泛应用于可移动电子设备及大功率动力装置中。与此同时，随着锂离子电池在电动汽车、混合动力汽车、能量储存等领域的应用不断深入，对锂离子电池的安全性能和能量密度的要求也越来越高了。锂离子电池主要由正、负极材料、电解液和隔膜组成，其中隔膜起到隔开正、负极避免电池短路，同时在正负极之间传递锂离子，对锂离子电池的安全性能以及能量密度起到重要的作用。

目前使用最为广泛的锂离子电池隔膜为聚烯烃隔膜，但其存在热稳定性差、电解液浸润性不足等问题，容易因隔膜热收缩导致锂离子电池内部短路，甚至引发更严重的电池燃烧或爆炸。为了制备高安全性、高能量密度的锂离子电池隔膜，当前主要研究集中在耐高温、高强度即高锂离子电导率隔膜的制备。比如通过陶瓷涂覆隔膜来提高隔膜的热稳定性和导锂离子性，但涂覆陶瓷的隔膜在较高温度下容易发生陶瓷的脱落，并且制备工艺复杂，成本高，因此改善效果有限。此外，采用热塑性聚合物，如聚酰亚胺、芳纶、聚四氟乙烯等材料作为高分子隔膜骨架也逐渐受到关注，该类材料具有更高的耐热温度，但由于具有较大孔径，使得组装电池是容易发生自放电、微短路等稳定，影响锂离子电池的安全性和能量密度。

聚苯硫醚具有优异的热稳定性、阻燃性和较强的机械性能。丁怀宇等人(热致相分离法制备聚苯硫醚多孔膜，高分子学报4(2005),551-559)研究了采用二苯砜和二苯酮分别用作稀释剂制备聚苯硫醚多孔膜，因孔径过大未适用于锂离子电池隔膜。此外中国发明专利公开号CN103205123A和CN103178230A均提供了一种通过流延挤出、拉伸制备锂离子电池用聚苯硫醚隔膜的方法，该提供的方法繁琐，需要大型设备，成本过高。中国发明专利公开号CN104795525A提供了一种采用熔喷聚苯硫醚无纺布作为基布，并对其进行热定型处理得到锂离子电池用聚苯硫醚隔膜，但该方法制备的聚苯硫醚隔膜存在孔隙较大、厚度较厚等问题，容易引发锂离子电池内部的微短路、自放电等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服解决现有隔膜在高安全性、高功率密度锂离子电池应用中的不足，提供了一种耐高温、高强度及高锂离子电导率的锂离子电池隔膜，能有效提高电池的安全性及能量密度。

本发明的进一步目的是针对现有制备热塑性高分子隔膜方法的不足，提供一种简单高效的双组份稀释剂热致相分离法，适合工业化生产。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案是：

一种用于高安全性、高能量密度锂离子电池的隔膜，是由特种工程塑料聚苯硫醚组成的多孔膜，聚苯硫醚具有高温稳定性好、阻燃性好、机械强度高以及化学稳定性强等优点。制备的聚苯硫醚隔膜具有高孔隙率，孔径大小为0.5μm左右，且分布均匀，对锂离子电池的电解液有很好的浸润性。

上述所用于高安全性、高能量密度锂离子电池的聚苯硫醚隔膜，是通过采用双组份稀释剂的热致相分离法制备得到，具体制备方法包括以下步骤：

(1)将第一稀释剂、第二稀释剂与聚苯硫醚按一定质量比称重后混合，共混物在氮气保护下加热到220～250℃，搅拌，得到均匀的共混液；