[发明专利]一种用于锂离子动力电池的复合隔膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂离子动力电池的复合隔膜及制备方法，在本发明方法制备的复合隔膜的双面分别形成了具有不同大小孔径、并且分布均匀的微孔复合结构，且微孔沿厚度方向呈现由大到小的梯度层级分布。微孔呈现梯度层次分布可以有效控制锂离子电池化学极化过程，对于隔膜承受较大电压冲击和耐高温性能方面起到良好效果。双面具有不同微孔孔径的复合隔膜，增强了材料的比表面积，在锂离子动力电池充电放过程中，控制锂离子脱嵌的浓差极化，从而提升了锂离子动力电池的安全性能及使用寿命。

技术领域

本发明涉及复合隔膜材料领域，特别是涉及一种用于锂离子动力电池的复合隔膜及制备方法。

背景技术

锂离子电池隔膜是位于锂离子电池正极与负极之间的微孔膜，其主要作用是隔离正、负电极防止短路，且能够让锂离子在正负极间自由通过，保证电化学的进行。隔膜本身不参与电池化学反应，但其性能对电池的安全使用有很重要的影响。现有的锂离子电池隔膜一般为单层、双层或多层结构，采用干法或湿化制膜工艺制备。现有的工艺方法主要侧重于如何改进隔膜的结构，如均匀的孔结构、孔分布、高孔隙率等，以提高隔膜的各项性能。但人们大都忽略了一个重要的结构问题，即无论是单层、双层或多层结构的隔膜，在形成隔膜微孔及孔结构时，都是采用一次萃取或双向拉伸的方式一次成型，其双面形成的微孔的孔形结构及大小都是一致的。由于锂离子在内部充放电过程中脱嵌的速率及动能不一样，所形成的浓差极化度也不一样，因此，隔膜两面的微孔孔径如果大小一致，不仅会浪费电极化过程中的电能，导致电池的循环寿命下降，同时更不利于动力电池的深度放电。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于锂离子动力电池的复合隔膜及制备方法，在隔膜双面设计出不同孔径大小、并且分布均匀的微孔结构。

为了实现上述目的，本发明通过以下方案实现：

一种用于锂离子动力电池的复合隔膜，其特征在于，通过有机造孔剂与聚烯烃高分子树脂共熔形成预聚体一，通过无机造孔剂与聚烯烃高分子树脂共熔形成预聚体二，将预聚体一和预聚体二通过导热辊复合，再经冷却辊复合冷却，形成复合膜；再采用纵、横双向拉伸并定型，通过水洗及加热方式去除复合膜中的无机造孔剂，采用萃取方式去除复合膜中的有机造孔剂，在隔膜双面分别形成具有不同大小孔径的微孔复合结构；所得复合隔膜厚度为1-5um，该复合隔膜其中一面微孔的孔径为5-20nm，另一面微孔的孔径为10-100nm，且微孔沿厚度方向呈现由大到小的梯度层级分布。

进一步地，所述有机造孔剂为石蜡油和/或二甲基硅油。

进一步地，所述聚烯烃类高分子树脂为PI、PE、PP或聚1-丁烯中的一种或多种。

进一步地，所述无机造孔剂为纳米状的无机化合物碳酸氢铵、碳酸锂或碳酸钴中的一种，无机化合物的粒度尺寸为10-100nm。

上述用于锂离子动力电池的复合隔膜的制备方法，其特征在于，工艺方法包括如下步骤：

（一）将有机造孔剂与聚烯烃类高分子树脂在温度为180-250℃的条件下共溶，形成预聚体一，其中聚烯烃高分子树脂与有机造孔剂的质量配比为1：（2-4）；

（二）将无机造孔剂与聚烯烃类高分子树脂通过石蜡油进行超声混合，形成黏度为10-25Pa·S的混合体，再在温度为180-300℃的条件下共溶，形成预聚体二，其中聚烯烃高分子树脂、无机造孔剂、石蜡油的质量配比为1：（2-4）：（0.8-1）；

（三）将预聚体一和预聚体二分别溶化后，再分别通过两个独立的挤压机挤出并均匀地涂覆于冷却辊1和冷却辊2表面，冷却辊1和冷却辊2的表面温度为30-50℃；其中预聚体一挤出膜的厚度为50-100um，预聚体二挤出膜的厚度为100-500um，冷却时间5-10min；