锂离子电池隔膜及其制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池隔膜及其制备方法及锂离子电池。所述锂离子电池隔膜包括支撑层，所述支撑层上复合致密层或无机涂层中的一层或两层，所述锂离子电池隔膜的平均定量为8-25g/m2，厚度为15-60μm，平均孔径为50-500nm，孔隙率为78-82％。本发明专利技术的锂离子电池隔膜既具有良好的隔离性能，又具有优异的电解质吸收性能，同时具有较高的抗张强度，能够实现电池的高容量化，满足锂离子电池大电流快速充放电的要求。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池隔膜及其制备方法及锂离子电池
本专利技术属于电池
，具体涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法及使用该隔膜的锂离子电池。
技术介绍
电池隔膜是指电池正极和负极之间的隔膜材料，是电池的关键组成部分，其主要作用是隔离电池的正负极，使电池内的电子不能自由通过，但允许电解液中的离子在正负极之间自由通过。电池隔膜性能的优劣决定电池的界面结构和电池的内阻，进而影响电池的容量、循环性能和充放电电流密度等特性。锂离子电池中隔离正极和负极活性材料的隔膜，需要具备以下性能：(1)能够防止正极和负极活性物质之间接触造成的内部短路，但能使离子顺畅通过；(2)纤维分布均匀，保证电池放电性能的均一、稳定；(3)具有适宜的抗张强度及吸收电解液速度，满足制管工艺及生产线连续生产的要求；(4)吸收电解液的量应满足连续放电时离子导电性的需要，特别是大功率放电时，隔膜需具有较好的电解液润湿性；(5)优良的耐电解质性能，特别是高温(80℃以上)条件下耐电解质性能好，在电解液中尺寸稳定，强度保持率高，抗刺穿性能好，防止变形或短路，从而保证储存期电容量稳定；(6)优良的热稳定性，隔膜的热稳定性是关系到电池安全性能的关键参数，隔膜在150℃时的尺寸变形应小于5％；(7)物理强度，锂离子电池在制作过程中，夹在具有微细凹凸表面的正负极片之间的隔膜材料需要承受很大的压力，为了防止短路，隔膜必须具备一定的抗穿刺强度和抗张强度。另外，锂离子电池普遍存在“枝晶”现象，而“枝晶”很容易穿透孔径较大的隔膜，使得两极活性材料接触从而产生内部短路，严重降低电池的容量。为了防止“枝晶”引起的内部短路，需要隔膜具有更小的孔隙结构，具体要求隔膜最大孔径小于1μm，平均孔径在几十到几百纳米。传统的锂离子电池隔膜一般采用聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃制成的拉伸膜。但由聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃制成的拉伸膜的孔隙率、吸液量及比表面能较低，对电解液的亲和性能较差，同时高温条件下的热收缩率较大，在100℃以上显示极强的热收缩性，尺寸稳定性较差，因此很容易导致电池正负极接触而发生短路。目前较新的电池隔膜制备方法是：以静电纺丝技术制备的非织造布膜作为锂离子电池隔膜。利用静电纺丝制备的纤维的主要特点是纤维直径细，具有较高的比表面积，且由制备的亚微米级纤维堆积而成的层状膜具有较高的孔隙率和优异的离子电导率。人们一度认为静电纺丝技术是制备高性能锂离子电池隔膜的理想方法，但采用静电纺丝法制备的隔膜的强度较差，在电池组装过程中存在一系列的困难，并且技术要求和制备成本较高，没有得到电池生产厂家的青睐和广泛应用。最新的电池隔膜的制备方法为采用湿法无纺布制备电池隔膜，该方法简单，且原料可灵活控制，一般采用多种纤维混合通过干法或湿法制备而成，主要有单层和双层两种结构。但采用该方法制备的隔膜难以同时满足既具有优异的电解质吸收性能又防止内部短路的功能。因此，如何提供一种既具有优异的电解质吸收性能又具有良好的隔离性能，同时具有较高强度的锂离子电池隔膜，成为本领域亟待解决的课题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的一个目的在于提供一种锂离子电池隔膜，该电池隔膜既具有良好的隔离性能，又具有优异的电解质吸收性能，同时具有较高的抗张强度，能够实现电池的高容量化，满足锂离子电池大电流快速充放电的要求。本专利技术的另一目的在于提供一种锂离子电池隔膜的制备方法。本专利技术的又一目的在于提供一种锂离子电池。为达到上述目的，本专利技术提供一种锂离子电池隔膜，其包括支撑层，所述支撑层上复合致密层或无机涂层中的一层或两层，所述锂离子电池隔膜的平均定量为8-25g/m2，优选13-25g/m2，厚度为15-60μm，优选18-40μm，平均孔径为50-500nm，优选110-310nm，孔隙率为78-82％，优选80-82％。如上所述的锂离子电池隔膜，其中，所述支撑层的平均孔径为10μm以上，定量为3-15g/m2，优选5-15g/m2；所述致密层的最大孔径小于1μm，平均孔径为50-500nm，定量为2-10g/m2，优选5-10g/m2；所述无机涂层的定量为1-3g/m2，优选3g/m2，平均孔径为150-300nm。如上所述的锂离子电池隔膜，其中，所述锂离子电池隔膜的透气度Gurley值为500s以下，优选38-100s，110℃热收缩率为1％以下，优选0.5-1.0％。如上所述的锂离子电池隔膜，其中，所述支撑层采用湿法造纸工艺制备，所述支撑层包含以下纤维中的一种或多种：聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维或复合纤维；优选地，所述支撑层包含20-60wt％的聚合物纤维A1与40-80wt％的聚合物纤维B1；更优选地，所述支撑层包含30-50wt％的聚合物纤维A1与70-50wt％的聚合物纤维B1，更优选地，所述支撑层包含50wt％的聚合物纤维A1与50wt％的聚合物纤维B1；所述聚合物纤维A1选自聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或聚乙烯醇纤维中的一种或多种；所述聚合物纤维B1为聚乙烯醇纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维或复合纤维中的一种或多种；优选地，所述复合纤维为具有皮芯层结构的双熔点复合纤维，优选自乙烯-乙烯醇共聚物纤维、聚丙烯-聚乙烯纤维、聚丙烯/乙烯-乙烯醇共聚物纤维、聚丙烯-聚酯纤维或双组份聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维中的一种或多种；更优选地，所述复合纤维为聚丙烯-聚乙烯纤维、聚丙烯/乙烯-乙烯醇共聚物纤维、双组份聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或聚丙烯-聚酯纤维；进一步优选地，所述复合纤维为聚丙烯-聚乙烯纤维、聚丙烯/乙烯-乙烯醇共聚物纤维或海岛型聚丙烯-聚酯纤维；优选地，所述聚合物纤维A1为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，所述聚合物纤维B1为聚乙烯醇纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚丙烯/乙烯-乙烯醇共聚物纤维或聚丙烯-聚乙烯纤维中的一种或多种；优选地，所述支撑层的纤维的长度为1-6mm，优选3mm；优选地，所述支撑层的纤维的纤度为0.01-1.0dtex，优选0.1-0.9dtex；优选地，所述支撑层包含50wt％的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维与50wt％的复合纤维；更优选地，所述支撑层包含50wt％的纤度为0.1dtex且长度为3mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维与50wt％的纤度为0.9dtex且长度为3mm的复合纤维；进一步优选地，所述支撑层包含50wt％的纤度为0.1dtex且长度为3mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维与50wt％的纤度为0.9dtex且长度为3mm的聚丙烯-聚乙烯纤维或聚丙烯/乙烯-乙烯醇共聚物纤维。如上所述的锂离子电池隔膜，其中，所述致密层采用湿法造纸工艺制备，所述致密层包含以下纤维中的一种或多种：聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、乙烯-乙烯醇共聚物纤维、复合纤维、天然植物纤维、粘胶纤维、芳纶纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯撑苯并二恶唑纤维、原纤化纤维或纳米纤维素纤维；优选地，所述原纤化纤维选自原纤化天丝纤维、原纤化芳纶纤维或原纤化聚对苯撑苯并二恶唑纤维中的一种或多种；优选地，所述致密层包含50-90wt％的聚合物纤维A2与10-50wt％的聚合物纤维B2，更优选地，所述致密层包含60-90wt％的聚合物纤维A2与10-40wt％的聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池隔膜，其包括支撑层，所述支撑层上复合致密层或无机涂层中的一层或两层，所述锂离子电池隔膜的平均定量为8‑25g/m2，优选13‑25g/m2，厚度为15‑60μm，优选18‑40μm，平均孔径为50‑500nm，优选110‑310nm，孔隙率为78‑82％，优选80‑82％。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池隔膜，其包括支撑层，所述支撑层上复合致密层和无机涂层，所述锂离子电池隔膜的平均定量为13-25g/m2，厚度为18-40μm，平均孔径为110-310nm，孔隙率为80-82％，透气度Gurley值为38-100s，110℃热收缩率为0.5-1.0％；所述支撑层采用湿法造纸工艺制备；所述支撑层的纤维的长度为1-6mm，纤维的纤度为0.01-1.0dtex；所述支撑层包含20-60wt％的聚合物纤维A1与40-80wt％的聚合物纤维B1；所述聚合物纤维A1为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，所述聚合物纤维B1为聚乙烯醇纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚丙烯/乙烯-乙烯醇共聚物纤维或聚丙烯-聚乙烯纤维中的一种或多种；所述支撑层的平均孔径为10μm以上，定量为3-15g/m2；所述致密层采用湿法造纸工艺制备，所述致密层包含50-90wt％的聚合物纤维A2与10-50wt％的聚合物纤维B2；所述聚合物纤维A2选自原纤化纤维或纳米纤维素纤维中的一种或两种；所述聚合物纤维B2选自聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或聚丙烯纤维，所述聚合物纤维B2的纤度为0.3dtex以下；所述致密层的最大孔径小于1μm，平均孔径为50-500nm，定量为2-10g/m2；所述无机涂层包含粘结性树脂及无机颗粒；所述无机涂层的定量为1-3g/m2，平均孔径为150-300nm。2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述支撑层的纤维长度为3mm。3.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述支撑层的纤维纤度为0.1-0.9dtex。4.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述支撑层的定量为5-15g/m2；所述致密层的定量为5-10g/m2；所述无机涂层的定量为3g/m2。5.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述支撑层包含30-50wt％的聚合物纤维A1与70-50wt％的聚合物纤维B1。6.根据权利要求5所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述支撑层包含50wt％的聚合物纤维A1与50wt％的聚合物纤维B1。7.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述支撑层包含50wt％的纤度为0.1dtex且长度为3mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维与50wt％的纤度为0.9dtex且长度为3mm的聚丙烯-聚乙烯纤维或聚丙烯/乙烯-乙烯醇共聚物纤维。8.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述致密层包含60-90wt％的聚合物纤维A2与10-40wt％的聚合物纤维B2。9.根据权利要求8所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述致密层包含8...

【专利技术属性】
技术研发人员：王习文，王印奎，郝静怡，张洪峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44