[发明专利]电化学元件用复合纳米纤维隔膜、制备方法及储能器件

说明书

技术领域

本发明属于电化学元件用隔膜技术领域，具体涉及一种具有耐高温的 阻燃隔膜及其制备方法。本发明还涉及应用这种隔膜的生产的储能器件， 包括锂离子电池，超级电容器，铅酸电池，锌空气电池，钠离子电池。

背景技术

锂电池所具有高能量密度、高功率密度和循环寿命长等诸多优点，因而 在便携式电子设备、动力电池和储能电池等领域得到了极大地关注。锂离子 电池在应用过程中的过充电、短路、热冲击和机械冲击等都可能使锂离子电 池发生着火、爆炸，给人们的生命和财产带来安全隐患。在锂电池的构成中， 隔膜的主要作用是隔离正负极并使电子不能自由穿过，同时能让离子自由通 过，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性 能等，而且是关乎锂离子电池安全性能的关键部分。因此，电池隔膜性能是 否优良，是提高电池安全性的关键环节之一。

目前，锂离子电池隔膜主要为聚烯烃隔膜，其具有足够小的孔径能够有 效防止电池内部短路，且具有较好的均匀性，能有效保证电池的充放电性能。 但在应用过程中，如果电池由于内部短路或者过充等导致发生热失控，电池 内部温度迅速升高，聚烯烃膜在高温下(高于170℃)无法保证其完整性， 使正、负极材料发生大面积接触，导致电池发生爆炸，对电池的安全性构成 威胁。特别是在锂离子动力电池中，大容量大功率充放电的设计要求隔膜具 有更好的耐高温性能。其次，聚烯烃隔膜透气性较差，无法很好地满足电池 快速充放电的需要，影响电池的循环使用寿命；另外，聚烯烃隔膜电解液浸 润性和吸液能力差，影响锂电池倍率性能和长循环性能；综合上述内容，发 明一种具有高温尺寸稳定、良好透气性、良好的电解液浸润性和吸液能力的 电池隔膜是很有必要的。

为了进一步提高锂电池的安全性，抑制电解液的燃烧，目前已采用在电 解液中添加阻燃剂的方法，当阻燃剂达到一定浓度后可以完全抑制电解液的 燃烧，或者采用本身具有不燃性质的氟代酯类做电解液的溶剂。在隔膜领域， 将隔膜进行阻燃改性，对提高锂电池的安全性也有着重要的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了提高电池隔膜的热稳定性能和阻燃性 能，同时改善隔膜电解液浸润性能、吸液能力、透气性及电化学性能等，提 供一种电化学元件用耐高温阻燃型复合纳米纤维隔膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明首先提供一种电化学元件用耐高温阻燃型复 合纳米纤维隔膜，厚度为10-80μm，孔隙率为40-90％，透气性指标Gurley 值5-300s/100cc，电解液吸收率为150-500％，机械拉伸强度为10-100MPa， 热稳定性能优异，在200℃，30min，尺寸收缩率为0-5％，阻燃性能好，LOI (极限氧指数)为20-65％。

本发明原料以质量百分比含量计：包括纤维素纳米纤维20-78％、低熔点 聚合物纳米纤维20-65％及阻燃材料2-35％。

所述的纤维素纳米纤维为从纳米尺寸木质材料分离的纤维素纳米纤维， 海藻纤维素纳米纤维，以及通过培养菌株获得的细菌纤维素纳米纤维中的至 少其中一种。

所述的纤维素纳米纤维的直径为10-1000nm，长度为10-3000μm。

所述的低熔点聚合物纳米纤维为聚甲基丙烯酸甲酯、偏氟乙烯基聚合物、 聚氨酯、聚氯乙烯，聚乙烯醇、聚烯烃、聚丙烯腈、聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚 物、聚丁二酸乙二醇酯的一种或者多种组合。

所述的低熔点纤维的直径为10-1000nm。

所述的阻燃材料包括阻燃纤维氟纶、酚醛纤维、偏氟纶、氯纶、维氯纶、 腈氯纶、PBI、芳纶(1414)、阻燃涤纶、阻燃腈纶、阻燃丙纶，聚芳砜酰胺 等；以及阻燃剂磷酸酯、亚磷酸酯、四羟甲基氯化磷、有机磷盐、氧化磷、 含磷多元醇、磷氮化合物、三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺、三(2，3-二溴丙基) 异三聚氰酸酯、单氰铵、双氰铵、三聚氰酸、硫脲、十溴二苯醚中的一种或 多种。

所述的阻燃材料中，阻燃纤维的直径为10-1000nm；阻燃剂粒径小于 1μm。

本发明的另一目的在于提供一种成本低、生产工序简单、方便转移并且适 宜大规模生产上述耐高温阻燃型复合纳米纤维隔膜的制备方法，其特征在于， 具体步骤包括：