一种多孔隔膜、制备方法及锂电池技术

本发明专利技术提供了一种多孔隔膜，其特征在于：所述隔膜的原料包括芳香族聚酰胺化合物、低熔点聚合物及溶剂。本发明专利技术制备的多孔隔膜是一种具有自闭合功能的多孔隔膜，能够有效提高电芯的安全性。

A porous diaphragm, preparation method and lithium battery

The invention provides a porous diaphragm, which is characterized in that the raw materials of the diaphragm include aromatic polyamide compounds, low melting point polymers and solvents. The porous diaphragm prepared by the invention is a porous diaphragm with self-closing function, which can effectively improve the safety of the core.

【技术实现步骤摘要】
一种多孔隔膜、制备方法及锂电池
本专利技术涉及一种多孔隔膜、制备方法及锂电池。
技术介绍
随着技术的进步，锂电池应用越来越广泛，从普通的3C产品到动力产品。尤其近些年电动汽车、储能设备的大规模推广应用，要求锂电池朝着高容量高倍率的方向发展。大型超级电容器、高容量二次电池也应运而生，这类产品在国民生活中占据越来越重要的位置。锂电池主要是由正极、负极，隔膜及电解液所组成。其中正、负极是用来存储能量的部分；电解液在电池中连接正负极，使得离子能够在两极之间正常流动，电解液的主要成分一般采用有机溶剂；隔膜用来隔开正、负极，防止正、负极之间发生短路现象。随着锂电池大型化，高容量密度、高能量密度产品的推陈出新，单个锂电池所储存的能量也越来越大，对各个组成部分也提出了更高的要求。比如正、负极材料需要有更高的克容量，更好的充放电能力；电解液需要在更宽的温度范围内正常使用，且具有更好的阻燃性能。隔膜需要具有更高的孔隙率，适合大倍率充放电，并且在高温下不收缩，具有更好的高温稳定性。电化学储能设备的快速发展对其安全性能提出了更高的要求，隔膜在保持电化学储能装置安全性方面具有决定性作用。目前隔膜主要采用高分子材料作为原材料，如PP，PE等，通过干法或者湿法制得多孔膜，采用单层或多层设计得到各种各样的隔膜产品，并在不同领域得到应用。但是PP，PE材质由于熔点低，根本不能满足目前锂电池的高安全要求。为了提高此类隔膜在高安全电池中的应用，一种技术方案就是在此类隔膜表面涂覆陶瓷材料，这种方法可以在一定程度上提高其高温性能，但基材低熔点的缺陷仍难以弥补。另外一种方案就是采用多层方式，将PE\PP隔膜复合在一起，期望在电池升温过程中，低熔点聚合物PE首先熔融，然后将隔膜基材中的孔隙堵住，阻止锂离子在正、负极之间的移动，降低充放电电流，阻止进一步放热。但是电池一旦短路其热量释放是瞬间的，电池内部升温迅速，低熔点PE熔融的同时PP也会在高温下熔融，造成隔膜收缩，根本无法阻止电池因短路而发生爆炸，况且表层低熔点聚合物即使在熔融情况下也不能完全渗透进入基材隔膜的孔隙中从而将孔隙完全堵住，采用此种隔膜仍然无法有效提高电池的安全性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多孔隔膜，其特征在于：所述隔膜的原料包括芳香族聚酰胺化合物、低熔点聚合物及溶剂。本专利技术中，所述的多孔隔膜是一种具有自闭合功能的多孔隔膜。所述芳香族聚酰胺化合物在高温(500℃)下，不分解、不熔融且在空气中不燃烧；所述低熔点聚合物为在140℃～250℃下能熔融且在良溶剂中能够溶解的聚合物。因此所述低熔点聚合物在电芯短路时软化熔融，具有一定的流动性，在熔融状态下破坏多孔隔膜的孔结构，从而切断电芯内部的电流传导降低流经隔膜的电流密度，提高整个电芯的安全性。作为一种实施方式，所述隔膜包括连续相结构的芳香族聚酰胺化合物，和低熔点聚合物。本专利技术中，当所述的低熔点聚合物和芳香族聚酰胺化合物相熔时，即低熔点聚合物和芳香族聚酰胺化合物融合在一起，得到本专利技术所述的隔膜为单一相；当低熔点聚合物和芳香族聚酰胺化合物不相容时，得到本专利技术所述的隔膜为两相或多相。本专利技术所述的隔膜以连续芳香族聚合物相为框架，在框架内部还存在低熔点聚合物的物相，所述低熔点聚合物可以以连续或者不连续物相存在，所述的连续相可以为网状或蜂窝状；所述的不连续相可以为球状或棒状；所述隔膜是由低熔点聚合物和芳香族聚酰胺化合物的溶液经溶剂相分离法制得，因此在所述隔膜内部低熔点聚合物均匀分散在芳香族聚酰胺化合物框架中，因此无论低熔点聚合物在隔膜内部以连续或者不连续物相存在，都能够在熔融状态下堵塞隔膜孔隙，降低流经本专利技术所述隔膜的电流密度，提高电池的安全性。作为一种实施方式，所述隔膜的透气率为20～300s/100cc。作为另一种实施方式，所述隔膜的透气率为50～150s/100cc。作为一种实施方式，所述隔膜的厚度为5um～50um。作为另一种实施方式，所述隔膜的厚度为10um～30um。作为一种实施方式，所述隔膜的拉伸强度为15MPa～80MPa。作为另一种实施方式，所述隔膜的拉伸强度为30MPa～60MPa。作为一种实施方式，所述隔膜的原料包括芳香族聚酰胺化合物、低熔点聚合物、添剂及溶剂。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺化合物选自聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯二甲酰-4,4’-联苯二胺、聚间苯二甲酰-4,4’-联苯二胺、聚对苯二甲酰-2,6-萘二胺及聚间苯二甲酰-2,6-萘二胺中至少一种。作为一种实施方式，所述低熔点聚合物选自醋酸纤维素、尼龙6、尼龙66、聚氨酯、环氧树脂、聚醚砜、聚偏氟乙烯(PVDF)及聚甲基丙烯酸甲酯中至少一种。作为一种实施方式，所述低熔点聚合物与芳香族聚酰胺化合物的质量比为1:2～1:10。作为另一种实施方式，所述低熔点聚合物与芳香族聚酰胺化合物的质量比为1:5～2:5。本专利技术中，当低熔点聚合物的质量太低，低熔点聚合物在熔融后并不能封闭隔膜原有孔隙，起不到自闭合的作用；但若低熔点聚合物的质量太高，本专利技术所述隔膜的耐高温性能不佳。由于低熔点聚合物和芳香族聚酰胺在溶剂中的溶解性不一样，在凝固浴中析出的速度也不一致，会影响隔膜的孔径分布和孔隙率等综合性能，为了在添加低熔点聚合物的情况下进一步提高隔膜的综合性能，本专利技术主要通过调整铸膜液和凝固浴中良溶剂和不良溶剂中的比例和/或在铸膜液中加入添加剂进一步改善隔膜的综合性能，解决铸膜液中的两种聚合物在凝固浴中析出速度不一致的问题，使本专利技术制备的隔膜在提高整个电芯的安全性的同时具有优异的孔径分布和孔隙率等，从而使隔膜具有优异的透气率、拉伸强度及更好的自闭合功能。作为一种实施方式，所述溶剂包括良溶剂。作为一种实施方式，所述良溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮及二甲基亚砜中至少一种。作为一种实施方式，所述溶剂还包括不良溶剂。所述溶剂包括良溶剂和不良溶剂。本专利技术中芳香族聚酰胺和低熔点聚合物溶解在良溶剂中得到铸膜液，铸膜液挤出形成液膜，液膜进入凝固浴，凝固浴中的溶剂和液膜中的溶剂之间发生扩散作用，使聚合物在凝固浴中析出成膜。当溶剂包括良溶剂和不良溶剂时，可以适当缓解铸膜液中单独使用良溶剂时过快的扩散速度，保证液膜有一个合适的速度扩散，这样得到的隔膜具有更优的孔径分布和孔隙率，从而使隔膜具有优异的透气率、拉伸强度及更好的自闭合功能。作为一种实施方式，所述不良溶剂选自水、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、丁酮、苯甲酮、戊酮、环己酮、乙酸甲酯、苯甲酸乙酯、乙酸丁酯及丙烯酸甲酯中至少一种。作为一种实施方式，所述良溶剂与不良溶剂的质量比为1:1～19:1。作为另一种实施方式，所述良溶剂的质量与不良溶剂的质量比为7:3～9:1。本专利技术中，当所述良溶剂的质量与不良溶剂的质量比低于1:1时，低熔点聚合物和芳香族聚酰胺不能在溶剂中溶解，无法成膜；当所述良溶剂的质量与不良溶剂的质量比高于19:1时，低熔点聚合物和芳香族聚酰胺化合物能充分溶解，但由于良溶剂过多，使制备得到的液膜中的溶剂与凝固浴中溶剂的扩散速度过快，得到膜的孔径过大，低熔点聚合物在熔融后并不能封闭隔膜原有孔隙，起不到自闭合的作用。作为一种实施方式，所述溶剂包括二甲基亚砜和强碱。作为另一种实施方式，所述溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔隔膜，其特征在于：所述隔膜的原料包括芳香族聚酰胺化合物、低熔点聚合物及溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种多孔隔膜，其特征在于：所述隔膜的原料包括芳香族聚酰胺化合物、低熔点聚合物及溶剂。2.如权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于：所述隔膜包括连续相结构的芳香族聚酰胺化合物，和低熔点聚合物。3.如权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于：所述隔膜的透气率为20～300s/100cc，所述隔膜的厚度为5um～50um。4.如权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于：所述隔膜的拉伸强度为15MPa～80MPa。5.如权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于：所述隔膜的原料包括芳香族聚酰胺化合物、低熔点聚合物、添加剂及溶剂。6.如权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于：所述芳香族聚酰胺化合物选自聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯二甲酰-4,4’-联苯二胺、聚间苯二甲酰-4,4’-联苯二胺、聚对苯二甲酰-2,6-萘二胺及聚间苯二甲酰-2,6-萘二胺中至少一种。7.如权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于：所述低熔点聚合物选自醋酸纤维素、尼龙6、尼龙66、聚氨酯、环氧树脂、聚醚砜、聚偏氟乙烯及聚甲基丙烯酸甲酯中至少一种。8.如权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于：所述低熔点聚合物与芳香族聚酰胺化合物的质量比为1:2～1:10。9.如权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于：所述溶剂包括良溶剂。10.如权利要求9所述的多孔隔膜，其特征在于：所述良溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮及二甲基亚砜中至少一种。11.如权利要求9所述的多孔隔膜，其特征在于：所述溶剂还包括不良溶剂。12.如权利要求11所述的多孔隔膜，其特征在于：所述不良溶剂选自水、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、丁酮、苯甲酮、戊酮、环己酮、乙酸甲酯、苯甲酸乙酯、乙酸丁酯及丙烯酸甲酯中至少一种。13.如权利要求11所述的多孔隔膜，其特征在于：所述良溶剂与不良溶剂的质量比为1:1～19:1。14.如权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于：所述溶剂包括二甲基亚砜和强碱。15.如权利要求14所述的多孔隔膜，其特征在于：所述溶剂进一步包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、水、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯、丁酮、苯甲酮、戊酮、环己酮、乙酸甲酯、苯甲酸乙酯、乙酸丁酯及丙烯酸甲酯中至少一种。16.如权利要求14所述的多孔隔膜，其特征在于：所述强碱选自氢氧化钠和/或氢氧化钾。17.如权利要求14所述的多孔隔膜，其特征在于：所述强碱与所述二甲基亚砜的质量比为1:3～1:20。18.如权利要求14所述的多孔隔膜，其特征在于：所述强碱和所述二甲基亚砜的质量总和与所述溶剂的质量比为1:1～7:10。19.如权利要求5所述的多孔隔膜，其特征在于：所述添加剂选自高分子化合物、可溶性无机盐及疏水性物质中至少一种。20.如权利要求19所述的多孔隔膜，其特征在于：所述高分子化合物选自聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮及聚乙烯醇中至少一种，所述高分子化合物与芳香族聚酰胺化合物的质量比为2:5～1:20。21.如权利要求19所述的多孔隔膜，其特征在于：所述可溶性无机盐选自氯化锂、氯化钙及氯化镁中至少一种，所述可溶性无机盐与芳香族聚酰胺化合物的质量比为2:5～1:20。22.如权利要求19所述的多孔隔膜，其特征在于：所述疏水性物质选自有机小分子化合物和/或纳米无机疏水颗粒。23.如权利要求22所述的多孔隔膜，其特征在于：所述有机小分子化合物选自邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、环己烷、甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、十三氟辛基三乙氧基硅烷及全氟烷基乙氧基甲醚中至少一种，所述有机小分子化合物与芳香族聚酰胺化合物的质量比...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，孙庆津，罗建海，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33