【技术实现步骤摘要】
一种聚合物复合膜及其制备方法以及包括其的锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池领域,具体地,涉及一种聚合物复合膜及其制备方法;本专利技术还包括一种采用前述聚合物复合膜的锂离子电池。
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,用于起着分隔正、负极,防止电池内部短路;其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,直接影响电池的倍率性能、循环性能以及安全性能(耐高温性能)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,“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。其中“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。然而,采用“熔融拉伸法”制备的隔膜,虽然成本相对较低,机械强度(韧性和强度)相对较好,但是耐高温稳定性(热收缩)却欠佳;而采用“热致相分离法”制备的隔膜,虽然耐高温稳定性得到了改善 ...
【技术保护点】
一种聚合物复合膜,其特征在于,所述聚合物复合膜包括聚合物基膜,所述聚合物基膜包括相对设置的第一表面和第二表面,所述聚合物复合膜还包括在所述聚合物基膜的第一表面上由内至外依次形成的第一陶瓷层、第一耐热纤维层、以及第一粘结层;其中,所述第一耐热纤维层的材料中同时含有第一高分子材料和第二高分子材料;所述第一高分子材料为熔点在180℃以上的耐热高分子材料;所述第二高分子材料的熔点低于所述第一高分子材料、且所述第二高分子材料在25℃的电解液中的吸液率在40%以上,误差为±5%。
【技术特征摘要】
1.一种聚合物复合膜,其特征在于,所述聚合物复合膜包括聚合物基膜,所述聚合物基膜包括相对设置的第一表面和第二表面,所述聚合物复合膜还包括在所述聚合物基膜的第一表面上由内至外依次形成的第一陶瓷层、第一耐热纤维层、以及第一粘结层;其中,所述第一耐热纤维层的材料中同时含有第一高分子材料和第二高分子材料;所述第一高分子材料为熔点在180℃以上的耐热高分子材料;所述第二高分子材料的熔点低于所述第一高分子材料、且所述第二高分子材料在25℃的电解液中的吸液率在40%以上,误差为±5%。2.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述第一高分子材料在25℃的电解液中的吸液率低于5%,误差为±5%。3.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述第一高分子材料的玻璃化转变温度在100℃以上。4.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述第二高分子材料的熔点为100~150℃;优选所述第二高分子材料的玻璃化转变温度在25℃以下。5.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述第二高分子材料的25℃吸液率为40~100%,误差为±5%。6.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述耐热纤维层的材料为所述第一高分子材料和所述第二高分子材料的共混物。7.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述耐热纤维层中第一高分子材料和第二高分子材料的重量比为0.5~10:1,优选为1~5:1,更优选为1~3:1。8.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述第一高分子材料选自聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺酸和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或者几种;所述第二高分子材料选自改性聚偏氟乙烯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯和聚氧化乙烯中的一种或者几种;优选所述改性聚偏氟乙烯为聚偏氟乙烯-六氟丙烯;优选所述聚丙烯酸酯为聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。9.根据权利要求8所述的聚合物复合膜,其中,所述第一高分子材料为聚醚酰亚胺,所述第二高分子材料为聚偏氟乙烯-六氟丙烯;优选所述耐热纤维层的材料为聚醚酰亚胺和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的共混物。10.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述耐热纤维层中的纤维直径为100~2000nm,所述耐热纤维层的厚度为0.5~30μm。11.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述耐热纤维层的孔隙率为75%~93%,面密度为0.2~15g/m2。12.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述第一陶瓷层含有陶瓷颗粒和粘结剂,且所述第一陶瓷层在1μm厚度下的面密度ρ满足1.8mg/cm2<ρ≤2.7mg/cm2;优选满足1.85mg/cm2≤ρ≤2.65mg/cm2,更优选满足1.9mg/cm2≤ρ≤2.6mg/cm2;优选地,所述陶瓷颗粒选自Al2O3、SiO2、BaSO4、BaO、TiO2、CuO、MgO、Mg(OH)2、LiAlO2、ZrO2、CNT、BN、SiC、Si3N4、WC、BC、AlN、Fe2O3、BaTiO3、MoS2、α-V2O5、PbTiO3、TiB2、CaSiO3、分子筛、粘土、勃姆石和高岭土中的一种或几种,更优选所述陶瓷颗粒的平均粒径为200~800nm;优选地,所述粘结剂为玻璃化温度满足-40℃至0℃的聚丙烯酸酯;优选地,所述第一陶瓷层的单面厚度为1-5μm。13.根据权利要求12所述的聚合物复合膜,其中,在所述第一陶瓷层中,相对于100重量份的所述陶瓷颗粒,所述粘结剂的含量为2~8重量份;优选地,在所述第一陶瓷层中,相对于100重量份的所述陶瓷颗粒,还包括0.3~1重量份的分散剂、0.5~1.8重量份的增稠剂、以及0~1.5重量份的表面处理剂,且所述分散剂的数均分子量在5万以下;优选地,在所述第一陶瓷层中,相对于100重量份的所述陶瓷颗粒,所述粘结剂的含量为4-6重量份,所述分散剂的含量为0.4-0.8重量份,所述增稠剂的含量为0.7-1.5重量份,所述表面处理剂的含量为0.5-1.2重量份;优选地,所述分散剂为聚丙烯酸盐、脂肪族聚乙二醇醚、硅酸盐类、磷酸盐类和古尔胶中的至少一种;优选地,所述增稠剂为聚丙烯酸盐、聚丙烯酸盐共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、纤维素类衍生物和聚丙烯酰胺中的至少一种;优选地,所述表面处理剂为3-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷和/或3-缩水甘油基丙基三乙氧基硅烷。14.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述第一粘结层含有丙烯酸酯类交联聚合物以及苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物,和/或,偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,且所述粘结层的孔隙率为40~65%;优选地,所述丙烯酸酯类交联聚合物的玻璃化转变温度为-20℃~60℃,所述苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物的玻璃化转变温度为-30℃~50℃,所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的玻璃化转变温度为-65℃~-40℃。15.根据权利要求14所述的聚合物复合膜,其中,所述第一粘结层含有丙烯酸酯类交联聚合物和苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物且不含有偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,所述丙烯酸酯类交联聚合物与苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物的重量比为1:0.05~2;或者,所述第一粘结层含有丙烯酸酯类交联聚合物和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物且不含有苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物,所述丙烯酸酯类交联聚合物与偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的重量比为1:0.3~25;或者,所述第一粘结层含有丙烯酸酯类交联聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,所述丙烯酸酯类交联聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物与偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的重量比为1:0.01~2:0.3~5。16.根据权利要求14所述的聚合物复合膜,其中,所述丙烯酸酯类交联聚合物为第二丙烯酸酯类交联聚合物、第三丙烯酸酯类交联聚合物、或者第一丙烯酸酯类交联聚合物与第二丙烯酸酯类交联聚合物和/或第三丙烯酸酯类交联聚合物的混合物;所述第一丙烯酸酯类交联聚合物含有70~80重量%的聚甲基丙烯酸甲酯链段、2~10重量%的聚丙烯酸乙酯链段、10~20重量%的聚丙烯酸丁酯链段和2~10重量%的聚丙烯酸链段,所述第二丙烯酸酯类交联聚合物含有30~40重量%的聚甲基丙烯酸甲酯链段、2~10重量%的聚丙烯酸乙酯链段、50~60重量%的聚丙烯酸丁酯链段和2~10重量%的聚丙烯酸链段,所述第三丙烯酸酯类交联聚合物含有50~80重量%的聚甲基丙烯酸甲酯链段、2~10重量%的聚丙烯酸乙酯链段、15~40重量%的聚丙烯酸丁酯链段和2~10重量%的聚丙烯酸链段;所述第一丙烯酸酯类交联聚合物的玻璃化转变温度为50℃~60℃,所述第二丙烯酸酯类交联聚合物的玻璃化转变温度为-20℃~-5℃,所述第三丙烯酸酯类交联聚合物的玻璃化转变温度为30℃~50℃;所述苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物含有40~50重量%的聚苯乙烯链段、5~15重量%的聚甲基丙烯酸甲酯链段、2~10重量%的聚丙烯酸乙酯链段、30~40重量%的聚丙烯酸丁酯链段和2~10重量%的聚丙烯酸链段;所述苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物的玻璃化转变温度为15~30℃;所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物含有80~98重量%的聚偏氟乙烯链段和2~20重量%的聚六氟丙烯链段;所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的玻璃化转变温度为-60℃~-40℃。17.根据权利要求14所述的聚合物复合膜,其中,所述第一粘结层含有第一丙烯酸酯类交联聚合物、第二丙烯酸酯类交联聚合物和苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物且不含有偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,且所述第一丙烯酸酯类交联聚合物、第二丙烯酸酯类交联聚合物与苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物的重量比为5~10:1:10~13;或者,所述第一粘结层含有第一丙烯酸酯类交联聚合物、第二丙烯酸酯类交联聚合物和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物且不含有苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物,所述第一丙烯酸酯类交联聚合物、第二丙烯酸酯类交联聚合物与偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的重量比为5~15:1:5~12;或者,所述第一粘结层含有第二丙烯酸酯类交联聚合物和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物且不含有苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物,所述第二丙烯酸酯类交联聚合物与偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的重量比为1:5~20;或者,所述第一粘结层含有第二丙烯酸酯类交联聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,所述第二丙烯酸酯类交联聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物与偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的重量比为1:0.5~2:1~5;或者,所述第一粘结层含有第三丙烯酸酯类交联聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,所述第三丙烯酸酯类交联聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物与偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的重量比为1:0.5~2:1~5;或者,所述第一粘结层含有第一丙烯酸酯类交联聚合物、第二丙烯酸酯类交联聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,第一丙烯酸酯类交联聚合物、第二丙烯酸酯类交联聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物与偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的重量比为10~15:1:0.5~2:5~10;其中,所述第一丙烯酸酯类交联聚合物含有70~80重量%的聚甲基丙烯酸甲酯链段、2~10重量%的聚丙烯酸乙酯链段、10~20重量%的聚丙烯酸丁酯链段和2~10重量%的聚丙烯酸链段,所述第二丙烯酸酯类交联聚合物含有30~40重量%的聚甲基丙烯酸甲酯链段、2~10重量%的聚丙烯酸乙酯链段、50~60重量%的聚丙烯酸丁酯链段和2~10重量%的聚丙烯酸链段,所述第三丙烯酸酯类交联聚合物含有50~80重量%的聚甲基丙烯酸甲酯链段、2~10重量%的聚丙烯酸乙酯链段、15~40重量%的聚丙烯酸丁酯链段和2~10重量%的聚丙烯酸链段,所述苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物含有40~50重量%的聚苯乙烯链段、5~15重量%的聚甲基丙烯酸甲酯链段、2~10重量%的聚丙烯酸乙酯链段、30~40重量%的聚丙烯酸丁酯链段和2~10重量%的聚丙烯酸链段,所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物含有80~98重量%的聚偏氟乙烯链段和2~20重量%的聚六氟丙烯链段;所述第一丙烯酸酯类交联聚合物的玻璃化转变温度为50℃~60℃,所述第二丙烯酸酯类交联聚合物的玻璃化转变温度为-20℃~-5℃,所述第三丙烯酸酯类交联聚合物的玻璃化转变温度为30℃~50℃,所述苯乙烯-丙烯酸酯类交联共聚物的玻璃化转变温度为15~30℃,所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的玻璃化转变温度为-60℃~-40℃。18.根据权利要求14所述的聚合物复合膜,其中,所述第一粘结层中还含有丙烯腈-丙烯酸酯共聚物、氯丙共聚物和丁苯共聚物中的至少一种;优选地,当所述第一粘结层中还含有丙烯腈-丙烯酸酯共聚物时,所述丙烯腈-丙烯酸酯共聚物与丙烯酸酯类交联聚合物的重量比为0.05~2:1;优选地,当所述第一粘结层中还含有氯丙共聚物时,所述氯丙共聚物与丙烯酸酯类交联聚合物的重量比为0.15~7:1;优选地,当所述第一粘结层中还含有丁苯共聚物时,所述丁苯共聚物与丙烯酸酯类交联聚合物的重量比为0.05~2:1。19.根据权利要求14所述的聚合物复合膜,其中,所述第一粘结层的单面面密度为0.05~0.9mg/cm2;所述第一粘结层的单面厚度为0.1~1μm。20.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述聚合物复合膜由依次层叠设置的所述聚合物基膜、所述第一陶瓷层、所述第一耐热纤维层、以及所述第一粘结层组成。21.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述聚合物复合膜还包括在所述聚合物基膜的第二表面上由内至外依次设置的第二陶瓷层和第二粘结层,所述第二陶瓷层与所述第一陶瓷层相同或不同,所述第二粘结层与所述第一粘结层相同或不同;优选所述聚合物复合膜由依次层叠设置的所述第二粘结层、所述第二陶瓷层、所述聚合物基膜、所述第一陶瓷层、所述第一耐热纤维层和所述第一粘结层组成。22.根据权利要求1所述的聚合物复合膜,其中,所述聚合物复合膜还包括在所述聚合物基膜的第二表面上由内至外依次设置的第二陶瓷层、第二耐热纤维层和第二粘结层,所述第二陶瓷层与所述第一陶瓷层相同或不同,所述第二耐热纤维层与所述第一耐热纤维层相同或不同,所述第二粘结层与所述第一粘结层相同或不同;优选所述聚合物复合膜由依次层叠设置的所述第二粘结层、所述第二耐热纤维层、所述第二陶瓷层、所述聚合物基膜、所述第一陶...
【专利技术属性】
技术研发人员:胡家玲,单军,胡刚,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
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