一种聚合物复合膜及其制备方法、锂离子电池技术

为克服现有技术中聚合物复合膜的热稳定性较差的问题，本发明专利技术提供了一种聚合物复合膜，包括多孔隔膜以及位于隔膜表面的纤维层，所述纤维层材质含有聚醚酰亚胺。同时，本发明专利技术还公开了上述聚合物复合膜的制备方法以及采用该聚合物复合膜的锂离子电池。本发明专利技术提供的聚合物复合膜的热稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物复合膜及其制备方法、锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种聚合物复合膜及其制备方法，以及采用该凝胶电解质的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池主要由正/负极材料、电解质、隔膜及电池外壳包装材料组成。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，起着分隔正、负极，防止电池内部短路，允许电解质离子自由通过，完成电化学充放电过程的作用。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、循环性能以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用，被业界称为电池的“第三电极”。传统隔膜的制备方法主要有熔融拉伸法和热致相分离法两大类，其中，1、熔融拉伸法的制备原理是聚烯烃等聚合物熔体在高应力场下结晶，形成具有垂直于挤出方向而又平行排列的片晶结构，然后经过热处理得到所谓硬弹性材料。具有硬弹性的聚合物膜拉伸后片晶之间分离，并出现大量微纤，由此而形成大量的微孔结构，再经过热定型即制得微孔膜。2、热致相分离法是近年来发展起来的一种制备微孔膜的方法，它是利用聚烯烃等高聚物与某些高沸点的小分子化合物在较高温度(一般高于聚合物的熔化温度Tm)时，形成均相溶液，降低温度又发生固-液或液-液相分离，这样在富聚合物相中含有添加物相，而富添加物相中又含有聚合物相，拉伸后除去低分子物则可制成互相贯通的微孔膜材料。但上述方法制备的隔膜的热稳定性较差。现有技术中提供了一种制备复合膜的方法，包括在超高分子量的聚乙烯(PE)微孔膜上进行纺丝，纤维层为聚偏氟乙烯或聚丙烯腈(PAN)，经热辊压使纤维层与聚乙烯层牢固结合，形成复合膜。用于锂离子电池隔膜时，效果较好。其所用溶剂有丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)等。然而，上述方法制备得到的聚合物复合膜的热稳定性并无明显提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中聚合物复合膜的热稳定性较差的问题，提供一种聚合物复合膜。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：提供一种聚合物复合膜，包括多孔隔膜以及位于隔膜表面的纤维层，所述纤维层材质含有聚醚酰亚胺。同时，本专利技术还提供了上述聚合物复合膜的制备方法，包括如下步骤：S1、提供隔膜；S2、提供纺丝溶液，所述纺丝溶液中包括溶剂及溶解于所述溶剂中的纺丝聚合物，所述纺丝聚合物中含有聚醚酰亚胺；S3、采用所述纺丝溶液在隔膜上进行制备纤维层，干燥后得到隔膜上具有纤维层的聚合物复合膜。另外，本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极和如前所述的聚合物复合膜，所述聚合物复合膜位于所述正极和负极之间。本专利技术提供的聚合物复合膜具有优异的热稳定性，并且用于锂离子电池中时，与电解液接触不会溶胀吸液，可维持良好的高分子形态，大大提高了聚合物复合膜的使用稳定性，利于保证锂离子电池的性能。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的聚合物复合膜包括多孔隔膜以及位于隔膜表面的纤维层，所述纤维层材质含有聚醚酰亚胺。上述隔膜可采用现有的聚烯烃隔膜。所述聚烯烃隔膜为锂离子电池通用隔膜，包括聚丙烯(PP)隔膜、聚乙烯(PE)隔膜和PE/PP/PE三层隔膜等。隔膜表面覆盖有纤维层，并且形成该纤维层的材质中含有聚醚酰亚胺。通过大量实验发现，由含有聚醚酰亚胺的聚合物材料形成的纤维层可有效提高聚合物复合膜的热稳定性。具体的，上述纤维层可直接由聚醚酰亚胺制备得到，由此得到的纤维层材质即为聚醚酰亚胺；或者上述纤维层也可以通过含有聚醚酰亚胺和其他辅助聚合物的混合物制备得到，由此得到的纤维层材质包括聚醚酰亚胺和辅助聚合物。本专利技术中，上述纤维层中同时包含聚醚酰亚胺和其他辅助聚合物时，可以为同一根纤维的材质包括聚醚酰亚胺和其他辅助聚合物，也可以为纤维层内每一根纤维的材质相同，并且纤维层内包括聚醚酰亚胺材质的纤维和其他辅助聚合物材质的纤维。本专利技术中，可选用的辅助聚合物包括聚丙烯腈、共聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺酸、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。上述辅助聚合物与聚醚酰亚胺共同使用，可有效提高得到的纤维层与隔膜之间的结合力，从而利于提高聚醚酰亚胺发挥作用，从而提高聚合物复合膜的热稳定性。为有效的提高聚合物复合膜的热稳定性，优选情况下，所述纤维层中，聚醚酰亚胺的含量为15～100wt％，辅助聚合物含量为0～85wt％。优选情况下，聚醚酰亚胺的含量为50～80wt％，辅助聚合物含量为20～50wt％。具有该组成的纤维层与隔膜之间的粘结强度高，利于进一步提高聚合物复合膜的热稳定性。进一步的，本专利技术对纤维层中纤维的直径没有特殊限制，优选情况下，所述纤维直径为100～2000nm。并且，优选情况下，所述纤维层的厚度为0.5～30μm。本专利技术中，当纤维层的厚度在上述范围内时可有效对正负极和隔膜进行粘结，提高电池循环性能。本专利技术中，优选情况下，上述聚合物复合膜中，所述纤维层的孔隙率为75％以上，更优选为所述纤维层的孔隙率为75～93％。并且纤维层的孔隙率高，可有效保证聚合物复合膜的离子电导率。优选情况下，所述纤维层的面密度为0.2～15g/m2。面密度指的是单位面积基材隔膜上所敷物质的质量，由该指标可以知道基材隔膜上的敷料量。可通过面密度、厚度、以及聚合物的本体密度计算纤维层的孔隙率，其中聚合物本体的密度是指聚合物固体本身的密度。本专利技术中，纤维层的面密度在上述范围内时，可有效保证电导率，不影响锂离子迁移，同时具有更好的粘结性能，利于提高电池的安全性能。根据本专利技术，优选情况下，所述纤维层内的纤维具有一定的取向，呈规则分布，具体的，所述纤维层内具有至少一组纤维束，所述纤维束内包括多条平行排列的纤维。例如，当纤维层内的纤维仅包括一组纤维束时，纤维层内的纤维具有同一取向。优选情况下，所述纤维层内具有多组所述纤维束，所述多组纤维束相互平行排列或相交。更优选为，纤维层内具有相互垂直的纤维束，此时，纤维层内的纤维呈正交方式排列。现有的静电纺丝工艺制备的纤维层力学性能较差。本专利技术的专利技术人通过大量实验发现，现有的静电纺丝获得的纤维层中，纤维呈杂乱堆积于隔膜上，纤维层中的纤维无确定取向，并且均为松弛堆积状态。通过分析认为，呈松弛杂乱堆积状态分布的纤维在收到外力时，相互之间易产生滑动，导致纤维层力学性能较差。而本专利技术提供的聚合物复合膜中，纤维层内具有纤维束，纤维束内包括多条笔直同向延伸的纤维。由于纤维相互之间平行排列，呈笔直状态同向延伸，具有一定的取向。在取向方向上，当受到外力作用时，呈笔直状态的纤维无法发生相对滑动，通过纤维自身的张力抗拒外界的拉力，在宏观上而言，即纤维层具有优异的机械强度。纤维层内规则分布的纤维利于改善聚合物复合膜的热收缩性，并可提高其力学性能。尤其是纤维层内的纤维呈正交方式排列时，可在横向和纵向上同时提高聚合物复合膜的热收缩性和力学性能。可以理解的，本专利技术中，纤维层内的纤维呈正交方式排列是指纤维层内具有大量呈横向分布和纵向分布的纤维，相互之间呈垂直分布。上述纤维层可以位于隔膜的一侧，也可以在隔膜两侧均设置上述纤维层。优选情况下，所述隔膜两侧面上均设有所述纤维层。根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物复合膜，其特征在于，包括多孔隔膜以及位于隔膜表面的纤维层，所述纤维层材质含有聚醚酰亚胺。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物复合膜，其特征在于，包括多孔隔膜以及位于隔膜表面的纤维层，所述纤维层材质含有聚醚酰亚胺。2.根据权利要求1所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述纤维层材质为聚醚酰亚胺。3.根据权利要求1所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述纤维层材质包括聚醚酰亚胺和辅助聚合物，所述辅助聚合物选自聚丙烯腈、共聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺酸、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述纤维层中，聚醚酰亚胺的含量为15～100wt％，辅助聚合物含量为0～85wt％。5.根据权利要求3所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述纤维层中，聚醚酰亚胺的含量为50～80wt％，辅助聚合物含量为20～50wt％。6.根据权利要求1所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述纤维层中的纤维直径为100～2000nm，所述纤维层的厚度为0.5～30μm。7.根据权利要求1所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述纤维层的孔隙率为75％～93％。8.根据权利要求1所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述纤维层的面密度为0.2～15g/m2。9.根据权利要求1所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述纤维层内具有至少一组纤维束，所述纤维束内包括多条平行排列的纤维。10.根据权利要求9所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述纤维层内具有多组所述纤维束，所述多组纤维束相交。11.根据权利要求1所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述隔膜两侧面上均设有所述纤维层。12.根据权利要求1所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述隔膜为聚烯烃隔膜。13.根据权利要求1-12中任意一项所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述纤维层与隔膜之间还具有无机颗粒层。14.根据权利要求13所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述无机颗粒层包括无机颗粒和粘结剂；所述无机颗粒选自Al2O3、SiO2、BaSO4、TiO2、CuO、MgO、LiAlO2、ZrO2、CNT、BN、SiC、Si3N4、WC、BC、AlN、Fe2O3、BaTiO3、MoS2、α–V2O5、PbTiO3、TiB2、CaSiO3、分子筛、粘土或高岭土中的一种或多种；所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的一种或多种。15.根据权利要求14所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述无机颗粒的粒径为50nm～3μm。16.根据权利要求14所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述无机颗粒层的厚度为0.5～3μm。17.根据权利要求14-16中任意一项所述的聚合物复合膜，其特征在于，所述隔膜两侧面上均设有所述无机颗粒层。18.如权利要求1-17中任意一项所述的聚合物复合膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、提供隔膜；S2、提供纺丝溶液，所述纺丝溶液中包括溶剂及溶解于所述溶剂中的纺丝聚合物，所述纺丝聚合物中含有聚醚酰亚胺；S3、采用所述纺丝溶液在隔膜上制备纤维层，干燥后得到隔膜上具有纤维层的聚合物复合膜。19.根据权利要求18所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯大利，宋威，胡家玲，金丽娜，单军，何龙，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44