[发明专利]一种锂电池隔膜及其制备方法和用途

说明书

本发明属于电池隔膜领域，公开了一种锂电池隔膜，包含基材和基材上的涂层，所述涂层包括聚乙烯醇、小分子的二元羧酸或三元羧酸、造孔剂，所述小分子的二元羧酸或三元羧酸选自酒石酸、马来酸、柠檬酸；本发明还公开了电池隔膜的制备方法和用途。本发明通过合理设计PVA基隔膜，获得耐水性好、高孔隙率、高电解液浸润性、热稳定好、可快速且均匀地传导锂离子的锂电池隔膜。

技术领域

本发明属于电池隔膜领域，具体是一种锂电池隔膜及其制备方法和用途。

背景技术

随着人口增长、经济进步和技术发展，全球能源需求也随之快速增长。化石燃料的大量开采及使用伴随着温室气体和污染物的排放导致气候变化和其他环境问题。大多数可再生能源的能源本质上是间歇性的，在实际生产生活中，大部分时间需要持续的能量供应，那么就需要配套的能源储存系统。电池是最常见的储能系统，锂离子电池(LIB)由于其高比容量、高能量密度和良好的循环稳定性，占据可充电电池份额的主导地位，被广泛应用于许多便携式电子设备(手机和平板电脑)、军事、医疗技术、电动和混合动力汽车和实用程序支持等方面。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液几部分组成。锂离子通过电解液在正负极之间来回移动来完成电池的充放电过程，电池隔膜在其中扮演着电子隔绝的作用，阻止正负极直接接触，允许电解液中锂离子自由通过，其成本占比约为10～20％。隔膜性能的优劣直接影响电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池安全性能。

目前市售的隔膜材质主要为聚乙烯和聚丙烯，产品主要有PE单层、PE多层、PP单层和PP/PE/PP三层。然而，这些聚烯烃隔膜表现出较低的孔隙率(即30～50％)、相对较差的电解质润湿性和热稳定性，限制了它们进一步的发展和应用。为了克服聚烯烃隔膜的上述缺点，在原有聚烯烃隔膜上进行表面涂覆可以有效地提升隔膜的耐高温性和电化学性能。涂覆改性主要包括无机-有机改性和有机-有机改性。虽然通过改性克服了聚烯烃隔膜的缺点，但其仍存在成本高且有机聚合物和无机材料结合弱以及复杂的生产工艺等问题。因此，通过一种简单的方法设计、制备具有高电解液浸润性和良好热稳定性及阻燃效果的隔膜非常重要。

从实际应用来看，理想的隔膜应该具有成本低、制备工艺简单、力学性能优良、电化学性能优良和良好的安全性能等特点。此外，环境友好性也是应对化石燃料枯竭和环境污染的重要指标。聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性聚合物，具有致密性好、结晶度高、粘接力强等优点，制成的薄膜柔韧平滑、耐油、耐溶剂、耐磨耗、气体阻透性好，用途广泛。它对人体无毒、无味、无害，与自然环境具有良好的亲和性，可以被土壤中的微生物完全降解，是绿色环保功能性材料，不累积，无污染。但是PVA制成的隔膜最大的缺点是耐水性差。

发明内容

本发明的另一目的是对PVA隔膜进行改进，获得孔隙率高、热稳定好、对锂离子快速均匀传导的PVA基功能化隔膜。

本发明的另一目的是提供该锂电池隔膜的制备方法。

本发明的另一目的是提供该锂电池隔膜的用途。

为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一方面，一种锂电池隔膜，包含基材和基材上的涂层，所述涂层由聚乙烯醇、小分子的二元羧酸或三元羧酸、造孔剂制备而得。

进一步地，所述小分子的二元羧酸或三元羧酸选自酒石酸、马来酸、柠檬酸；酒石酸在醇类溶剂中溶解度最低，可以作为优选方案。

进一步地，相对于100重量份的聚乙烯醇，所述小分子的二元羧酸或三元羧酸的使用量为10～30重量份。

进一步地，所述造孔剂是聚乙烯吡咯烷酮PVP。

进一步地，相对于100重量份的聚乙烯醇，所述造孔剂的使用量为20～40重量份。

进一步地，所述涂层还包括陶瓷粉体、磷酸酯金属盐、磺酸酯金属盐中的至少一种。