一种无孔隔膜及其应用制造技术

本发明专利技术属于高分子材料和电池技术领域，具体涉及一种无孔隔膜及其应用，更具有涉及一种无孔具有凝胶化功能的隔膜及其应用。该种无孔隔膜由两种或者两种以上高分子材料组成，其中至少一种能够被有机溶剂凝胶化。该种无孔隔膜用于采用有机溶剂类电解质的、能量密度高的电池中，不但能够防止金属等异物引入产生的微短路，提高产品的合格率，而且能够大幅度改善该类电池的安全性能和循环使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子材料和电池
，具体涉及一种无孔隔膜及其应用。
技术介绍
为了提高电池的能量密度，将水溶液电解质改为有机电解质，这样电池的工作电压可以大幅度超过水的理论分解电压1.23V(YupingWu,Lithium-IonBatteries:FundamentalsandApplications,CRCPress-Taylor&Francis,NewYork,2015)。在使用有机电解质的一次或者二次电池中，目前性能比较理想的为锂电池。锂电池作为一种新型化学电源，具有能量密度高、环境友好、无记忆效应等优点，自其商品化以来已广泛应用于笔记本电脑、数码相机、手机等各种便携式电子设备中，同时其也是混合动力电动汽车(HEV)、插电式混合动力电动汽车(PHEV)，纯电动汽车(EV)及小型智能电网的理想储能设备之一。然而，由于LiPF6系有机电解液(对水份敏感，易燃，易引起电池爆炸)的广泛应用使得大容量锂离子电池的安全性和可靠性受到质疑。同时，由于其使用的隔膜为多孔聚合物如聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚等材料（例如日本专利技术专利号JP2000344325，专利技术人：LundquistJosephT等，名称“Lithiumbattery”，申请日期1986年5月15日；美国专利技术专利申请号US20000546266，专利技术人：ZhangZhengming，名称“Separatorforahighenergyrechargeablelithiumbattery”,申请日期2000年4月10日；中国专利技术专利申请号CN201510240715.9，专利技术人：王罗新等，名称“一种熔喷聚苯硫醚无纺布锂电池隔膜及其制备方法”，申请日期2015年5月13日），而这些经典隔膜的孔隙率必须超过30%才能得到较佳的电化学性能，因此即使在其表面涂覆了陶瓷（中国专利技术专利申请号CN201410445356.6，专利技术人：吴术球等，名称“陶瓷和凝胶聚合物多层复合的锂电池隔膜及其制备方法”，申请日期2014年9月2日；中国专利技术专利申请，专利技术人：伍伯林、许静、白守萍，名称“一种锂电池用复合隔膜及其制备方法和包括该复合隔膜的锂电池”，申请日期2012年7月17日；德国专利申请号DE201110105956，专利技术人：DaimlerA，名称“Methodformanufacturingceramicseparatorforlithiumionbattery,involvesprovidingthewater-repellingsubstanceonthesurfaceofceramicparticlesofseparator”，申请日期2011年6月29日；美国专利申请号US20090620150，专利技术人：KimDong等，名称“Methodforpreparingcross-linkedceramic-coatedseparatorcontainingionicpolymer,ceramic-coatedseparatorpreparedbythemethod,andlithiumsecondarybatteryusingthesame”，申请日期2009年11月17日），如果有少量金属等异物引入，由于其依然有大量的孔隙结构，无法解决微短路的问题，经常导致锂电池的大规模召回。例如东芝电脑网络(上海)有限公司将自2016年1月28日起，召回部分从日本进口的东芝笔记本电脑电池，原因是由于电芯材料中混入了不恰当的材料（铁），在电池充放电的过程中可能会造成微短路。为了解决常规锂离子电池的安全性问题，后来发现采用加入增塑剂的凝胶体(凝胶聚合物电解质，gelpolymerelectrolytes,GPEs)。由于凝胶聚合物电解质具有固体和液体电解质的双重性质，导电率与有机液体电解质相当，且电化学窗口较宽，热稳定性好，受到广泛关注（例如美国专利技术专利申请号US5418091-A，专利技术人：GozdzAS、SchmutzCN、TarasconJ、WarrenPC，名称“Separatormembraneforelectrolyticcell-comprisingpolymericmaterialandplasticizer”,申请日期1995年5月2日；中国专利技术专利号:ZL200710038632.7，专利技术人：张鹏、张汉平、李朝晖、吴宇平，名称“一种有机无机复合聚合物电解质及其制备方法和应用”，授权日期2010年5月19日）。但是，凝胶聚合物电解质的主要基体也是多孔的高分子膜材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)等。一方面这些多孔的高分子膜材料同样无法解决由于金属粉等异物引入而引起的电池微短路问题，另一方面它们即使与填料或者其它高分子材料等复合（中国专利技术专利号ZL200710041166.8，专利技术人：张鹏、张汉平、李朝晖、吴宇平，名称“具有微孔结构的有机无机复合聚合物及其制备方法和应用”，授权日期2009年6月3日；中国专利技术专利申请号，专利技术人：毛威,、振兴、王芳，名称“一种PVDF-PAM聚合物锂电池隔膜的制备方法”，申请日期2015年4月10日），它们的机械强度依然低，无法在锂电池等电池中得到大规模应用。自从电池诞生以来，除了最先采用浆糊作为隔膜外，以后的纸质、玻璃纤维毡、无纺布等均是多孔的。锂电池自其20世纪70年度诞生以来就没有采用过无孔材料作为隔膜。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有多孔隔膜无法解决微短路的问题以及安全性能差的缺点，同时，也克服凝胶聚合物电解质膜无法解决微短路的问题以及机械强度低的缺点，将两种或者两种以上高分子材料作为基体，提供一种无孔但具有凝胶化功能的隔膜。该种隔膜能够避免电池的微短路，大幅度提高电池的合格率。本专利技术的另一目的在于提供上述无孔隔膜在一次或者二次电池中的应用。由于无孔隔膜中具有被电解液中的有机溶剂凝胶化的高分子材料，加入有机电解液以后，形成了凝胶聚合物电解质，所制备的一次或者二次电池在高温、低温、循环和使用寿命方面得到了明显的提高。本专利技术的一种无孔隔膜，其特征在于该无孔隔膜包括两种或者两种以上高分子材料，其中至少一种能够被有机溶剂凝胶化；所述的两种或者两种以上的高分子材料是分子级、纳米级或者微米级尺度的混合中的任一种混合；该隔膜为无孔，气体的透过率为0ml/min。本专利技术的无孔隔膜，所述的能够被有机溶剂凝胶化的高分子材料是合成高分子化合物或者天然高分子化合物或者是合成高分子化合物和天然高分子化合物的共混物、共聚物、改性物及复合物。本专利技术的无孔隔膜，所述的合成高分子材料是聚醚类、聚硅氧烷、聚酯、聚丙烯腈、含氟聚合物、丙烯酸及其酯类的聚合物、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚芳烃、聚酰胺、聚酰亚胺中的一种或者两种及两种以上的共混物、共聚物、改性物与复合物。本专利技术的无孔隔膜，所述的合成高分子材料还包括有填料和添加剂，且填料和添加剂的重量比为合成高分子材料的0.01wt.%-20wt.%。本专利技术的无孔隔膜，所述的填料和添加剂的重量比优选为合成高分子材料的1wt.%-5wt.%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无孔隔膜，其特征在于该无孔隔膜包括两种或者两种以上高分子材料，其中至少一种能够被有机溶剂凝胶化；所述的两种或者两种以上的高分子材料是分子级、纳米级或者微米级尺度的混合中的任一种混合；该隔膜为无孔，气体的透过率为0 ml/min。

【技术特征摘要】
1.一种无孔隔膜，其特征在于该无孔隔膜包括两种或者两种以上高分子材料，其中至少一种能够被有机溶剂凝胶化；所述的两种或者两种以上的高分子材料是分子级、纳米级或者微米级尺度的混合中的任一种混合；该隔膜为无孔，气体的透过率为0ml/min。
2.如权利要求1所述的无孔隔膜，其特征在于所述的能够被有机溶剂凝胶化的高分子材料是合成高分子化合物或者天然高分子化合物或者是合成高分子化合物和天然高分子化合物的共混物、共聚物、改性物及复合物。
3.如权利要求2中所述的无孔隔膜，其特征在于所述的合成高分子材料是聚醚类、聚硅氧烷、聚酯、聚丙烯腈、含氟聚合物、丙烯酸及其酯类的聚合物、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚芳烃、聚酰胺、聚酰亚胺中的一种或者两种及两种以上的共混物、共聚物、改性物与复合物。
4.如权利要求2或3所述的无孔隔膜，其特征在于所述的合成高分子材料还包括有填料和添加剂，且填料和添加剂的重量比为合成高分子材料的0.01wt.%-20wt.%。
5.如权利要求4中所述的无孔隔膜，其特征在于所述的填料和添加剂的重量比为合成高分子材料的1wt.%-5wt.%。
6.如权利要求2所述的无孔隔膜，其特征在于所述的天然高分子材料是纤维素、淀粉、甲壳素、壳聚糖、胶原、明胶、蚕丝、蜘蛛丝中的一种或者两种及两种以上的共混物、改性物与复合物。
7.如权利要求6所述的无孔隔膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宇平，朱玉松，郑健，
申请(专利权)人：浙江地坤键新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33