一种一次成形的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种一次成形的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用，所述电池隔膜包含或由支撑层和填料层组成，其中，所述支撑层包含或由超细主干纤维、热塑性粘结纤维和第一纳米纤维中的至少两种制成，所述填料层包含或由无机填料和第三纳米纤维中的至少一种制成，所述锂离子电池隔膜厚度在19‑31μm，最大孔径不大于1μm，300℃处理1h热收缩率小于3％，高温下隔膜仍具有一定强度，保证高温下填料层刚性结构的稳定性和隔离性、满足隔膜在耐热、孔隙和强度方面的要求，综合性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种一次成形的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及电池
，具体涉及一种一次成形的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
随着锂离子电池能量密度的增加，以及电池体积和重量的增加，其散热性和稳定性变差，更易发生热失控现象，在高温条件下隔膜发生收缩和熔断，导致正负极接触并迅速积聚大量热，产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。隔膜是防止电池短路的关键技术材料，电池短路将大幅加速电池材料的分解放热，因此提高隔膜热稳定性和熔断温度对于电池安全至关重要。目前，锂离子电池隔膜主要为聚烯烃拉伸膜和无纺布两大类。聚烯烃拉伸膜(如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)膜)技术成熟度高，具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的优点，是目前市场上的主流隔膜。然而聚烯烃材料耐温性能受限，合适的工作温度低于150℃。在聚烯烃隔膜上进行耐高温陶瓷涂覆，能有效改善隔膜的热稳定性，然而在300℃下测试表明，陶瓷颗粒的骨架还在，但隔膜强度完全丧失，仅凭陶瓷涂覆并不能有效提高隔膜的耐高温性能。无纺布是利用纤维非定向堆积而成的三维孔隙结构材料、具有原材料可灵活选取和结构可灵活设计的特性，无纺布隔膜在耐高温性、快速充放电性能和使用寿命上与聚烯烃隔膜相比更具优势，但无纺布隔膜强度低，存在大孔，有可能造成电池微短路。无机填料具有优异的热稳定性，通常在聚烯烃或无纺布基材上涂覆无机颗粒，可提高热稳定性。德国德固赛公司的专利申请(公开号US20060024569)提出使用聚合物纤维制作无纺布隔膜基材，基材单层抄造，双面大量浸渍或涂布填料粒子制备复合隔膜，隔膜使用温度为200℃。但该隔膜由于基材的结构及组成的限制，即便双面涂布或浸渍填料粒子，仍然不可避免的存在大孔和填料粒子易脱落的问题；另外，经测试，该专利的隔膜在300℃处理1h，基材熔化，隔膜强度完全丧失，不能保证300℃下隔膜的隔离性能。华南理工大学的专利申请(公开号CN104157812A)提出，使用造纸和涂布技术制备三层结构的锂离子电池隔膜，但该隔膜致密层使用部分非纳米合成纤维，隔膜的热稳定性仅能做110℃下热收缩率小于1.0％，无法满足对耐高温锂离子电池隔膜的要求；无机涂覆增加了制备工序，成本提升，并且靠胶黏剂吸附的涂层容易破损，难免出现颗粒脱落现象。日本住友化学株式会社的专利申请(公开号CN106914384A)提出在聚烯烃基材上涂覆耐热涂层，耐热涂料将氧化铝等无机填料分散在芳纶的NMP(N-甲基-吡咯烷酮)溶液中制备，该方法虽然可以有效提升隔膜的耐热性能，但增加了涂布工序，并且使用有机溶剂，相应的增加了生产成本以及环境、安全控制成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种一次成形的锂离子电池隔膜及其制备方法和应用，该隔膜通过多层斜网一次成形获得，结构均匀紧致，生产工艺简单，无针孔，在厚度不超过30μm的前提下，抗张强度仍可高达1506N/mm，且在110℃下的热收缩率为0，在300℃处理1h仍具有较好的强度保持，300℃下的热收缩率仍然小于3％，在满足孔隙和强度方面的要求外，尤其具有特别好的耐热性能，综合性能优异。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案来实现的。首先，本专利技术提供一种一次成形的锂离子电池隔膜，其包含或由支撑层和填料层组成，其中，所述支撑层包含或由超细主干纤维、热塑性粘结纤维和第一纳米纤维中的至少两种制成，所述填料层包含或由无机填料和第三纳米纤维中的至少一种制成。优选地，所述隔膜的厚度为19-31μm，优选为19-26μm；优选地，所述隔膜的定量为15-30g/m2，优选为15-25g/m2，更优选为19-22g/m2；优选地，所述隔膜的平均孔径小于1μm，优选为0.2-0.5μm；优选地，所述隔膜的最大孔径不大于1μm，优选为0.7-1μm；优选地，所述隔膜300℃下的热收缩率≤2.8％。优选地，所述支撑层定量为6-17g/m2，优选为8-14g/m2，更优选为8-11g/m2，最优选为11g/m2；所述填料层定量为5-19g/m2，优选为5-16g/m2，更优选为5-9g/m2，再优选为5-7g/m2，最优选为7g/m2。优选地，在所述支撑层中，所述超细主干纤维的定量为3-9g/m2，优选为3-6g/m2，更优选为5g/m2；所述热塑性粘结纤维的定量为3-9g/m2，优选为3-6g/m2，更优选为4g/m2；所述第一纳米纤维的定量为0-11g/m2，优选为2-11g/m2，更优选为2-8g/m2，再优选为2-6g/m2，最优选为2g/m2。优选地，所述支撑层包含或由定量为3-9g/m2的超细主干纤维、定量为3-9g/m2的热塑性粘结纤维和定量为0-11g/m2的第一纳米纤维制成；优选地，所述支撑层包含或由定量为3-6g/m2的超细主干纤维、定量为3-6g/m2的热塑性粘结纤维和定量为2-11g/m2的第一纳米纤维制成；优选地，所述支撑层包含或由定量为5g/m2的超细主干纤维、定量为4g/m2的热塑性粘结纤维和定量为2g/m2的第一纳米纤维制成；优选地，在所述填料层中，所述无机颗粒的定量为5-19g/m2，优选为5-16g/m2，更优选为5-10g/m2，再优选为5-7g/m2，最优选为7g/m2；所述第三纳米纤维的定量为0-11g/m2，优选为2-11g/m2，更优选为2-8g/m2，在优选为2-4g/m2，最优选为0或2g/m2；优选地，所述填料层包含或由定量为5-19g/m2的无机颗粒和定量为0-11g/m2的第三纳米纤维制成；优选地，所述填料层包含或由定量为5-7g/m2的无机颗粒和定量为0-11g/m2的第三纳米纤维制成；优选地，所述填料层包含或由定量为5-7g/m2的无机颗粒和定量为2-11g/m2的第三纳米纤维制成；优选地，所述填料层由定量为5-7g/m2的无机颗粒制成；优选地，所述填料层由定量为7g/m2的无机颗粒制成；优选地，所述填料层由定量为7g/m2的无机颗粒和定量为2g/m2的第三纳米纤维制成；优选地，所述第一纳米纤维和第三纳米纤维的定量之和不小于4g/m2；优选地，所述支撑层定量为6-17g/m2，所述填料层定量为5-19g/m2；优选地，所述支撑层定量为8-14g/m2，所述填料层定量为5-16g/m2；优选地，所述支撑层定量为8-14g/m2，所述填料层定量为5-9g/m2；优选地，所述支撑层定量为8-11g/m2，所述填料层定量为5-7g/m2；优选地，所述支撑层定量为8-11g/m2，所述填料层定量为5-7g/m2；优选地，所述支撑层定量为11g/m2，所述填料层定量为7g/m2。优选地，所述超细主干纤维选自拉伸聚对苯二甲酸乙二酯纤维(拉伸PET)、聚丙烯腈纤维(PAN)、聚酰胺纤维(PA)和聚丙烯纤维(PP)中的一种或多种，优选为拉伸聚对苯二甲酸乙二酯纤维(拉伸PET)；优选地，所述超细主干纤维的直径为0.1-6μm，优选为0.5-4μm，更优选为0.5-3μm，最优选为1-3μm；优选地，所述超细主干纤维的纤维长度为1-6mm，优选为2-4mm，最优选为3mm。优选地，所述热塑性粘结纤维选自聚乙烯纤维(PE)、聚丙烯纤维(PP)、未拉伸聚对苯二甲酸乙二酯纤维(未拉伸PET)、双组份PP/PE纤维、双组份PET/PE纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一次成形的锂离子电池隔膜，其包含或由支撑层和填料层组成，其中，所述支撑层包含或由超细主干纤维、热塑性粘结纤维和第一纳米纤维中的至少两种制成，所述填料层包含或由无机填料和第三纳米纤维中的至少一种制成；优选地，所述隔膜的厚度为19‑31μm，优选为19‑26μm；优选地，所述隔膜的定量为15‑30g/m2，优选为15‑25g/m2，更优选为19‑22g/m2；优选地，所述隔膜的平均孔径小于1μm，优选为0.2‑0.5μm；优选地，所述隔膜的最大孔径不大于1μm，优选为0.7‑1μm；优选地，所述隔膜300℃下的热收缩率≤2.8％。

【技术特征摘要】
1.一种一次成形的锂离子电池隔膜，其包含或由支撑层和填料层组成，其中，所述支撑层包含或由超细主干纤维、热塑性粘结纤维和第一纳米纤维中的至少两种制成，所述填料层包含或由无机填料和第三纳米纤维中的至少一种制成；优选地，所述隔膜的厚度为19-31μm，优选为19-26μm；优选地，所述隔膜的定量为15-30g/m2，优选为15-25g/m2，更优选为19-22g/m2；优选地，所述隔膜的平均孔径小于1μm，优选为0.2-0.5μm；优选地，所述隔膜的最大孔径不大于1μm，优选为0.7-1μm；优选地，所述隔膜300℃下的热收缩率≤2.8％。2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述支撑层定量为6-17g/m2，优选为8-14g/m2，更优选为8-11g/m2，最优选为11g/m2；所述填料层定量为5-19g/m2，优选为5-16g/m2，更优选为5-9g/m2，再优选为5-7g/m2，最优选为7g/m2。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，在所述支撑层中，所述超细主干纤维的定量为3-9g/m2，优选为3-6g/m2，更优选为5g/m2；所述热塑性粘结纤维的定量为3-9g/m2，优选为3-6g/m2，更优选为4g/m2；所述第一纳米纤维的定量为0-11g/m2，优选为2-11g/m2，更优选为2-8g/m2，再优选为2-6g/m2，最优选为2g/m2；优选地，所述支撑层包含或由定量为3-9g/m2的超细主干纤维、定量为3-9g/m2的热塑性粘结纤维和定量为0-11g/m2的第一纳米纤维制成；优选地，所述支撑层包含或由定量为3-6g/m2的超细主干纤维、定量为3-6g/m2的热塑性粘结纤维和定量为2-11g/m2的第一纳米纤维制成；优选地，所述支撑层包含或由定量为5g/m2的超细主干纤维、定量为4g/m2的热塑性粘结纤维和定量为2g/m2的第一纳米纤维制成；优选地，在所述填料层中，所述无机颗粒的定量为5-19g/m2，优选为5-16g/m2，更优选为5-10g/m2，再优选为5-7g/m2，最优选为7g/m2；所述第三纳米纤维的定量为0-11g/m2，优选为2-11g/m2，更优选为2-8g/m2，在优选为2-4g/m2，最优选为0或2g/m2；优选地，所述填料层包含或由定量为5-19g/m2的无机颗粒和定量为0-11g/m2的第三纳米纤维制成；优选地，所述填料层包含或由定量为5-7g/m2的无机颗粒和定量为0-11g/m2的第三纳米纤维制成；优选地，所述填料层包含或由定量为5-7g/m2的无机颗粒和定量为2-11g/m2的第三纳米纤维制成；优选地，所述填料层由定量为5-7g/m2的无机颗粒制成；优选地，所述填料层由定量为7g/m2的无机颗粒制成；优选地，所述填料层由定量为7g/m2的无机颗粒和定量为2g/m2的第三纳米纤维制成；优选地，所述第一纳米纤维和第三纳米纤维的定量之和不小于4g/m2；优选地，所述支撑层定量为6-17g/m2，所述填料层定量为5-19g/m2；优选地，所述支撑层定量为8-14g/m2，所述填料层定量为5-16g/m2；优选地，所述支撑层定量为8-14g/m2，所述填料层定量为5-9g/m2；优选地，所述支撑层定量为8-11g/m2，所述填料层定量为5-7g/m2；优选地，所述支撑层定量为8-11g/m2，所述填料层定量为5-7g/m2；优选地，所述支撑层定量为11g/m2，所述填料层定量为7g/m2。4.根据权利要求1至3中任一项所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述超细主干纤维选自拉伸聚对苯二甲酸乙二酯纤维(拉伸PET)、聚丙烯腈纤维(PAN)、聚酰胺纤维(PA)和聚丙烯纤维(PP)中的一种或多种，优选为拉伸聚对苯二甲酸乙二酯纤维(拉伸PET)；优选地，所述超细主干纤维的直径为0.1-6μm，优选为0.5-4μm，更优选为0.5-3μm，最优选为1-3μm；优选地，所述超细主干纤维的纤维长度为1-6mm，优选为2-4mm，最优选为3mm；优选地，所述热塑性粘结纤维选自聚乙烯纤维(PE)、聚丙烯纤维(PP)、未拉伸聚对苯二甲酸乙二酯纤维(未拉伸PET)、双组份PP/PE纤维、双组份PET/PE纤维、双组份PET/PP纤维和双组份PET/co-PET纤维中的一种或多种，优选为未拉伸聚对苯二甲酸乙二酯纤维(未拉伸PET)；优选地，所述热塑性粘结纤维的直径为0.1-8μm，优选为0.5-6μm，更优选为1-5μm，最优选为3-5μm；优选地，所述热塑性黏结纤维的纤维长度为1-6mm，优选为2-4mm。5.根据权利要求1至4中任一项所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述第一纳米纤维选自原纤化聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纳米纤维、原纤化天丝纳米纤维、原纤化聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纳米纤维、原纤化聚丙烯腈(PAN)纳米纤维、聚酰亚胺(PI)纳米纤维和纳米纤维素纤维中的一种或多种，优选为原纤化聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纳米纤维或原纤化天丝纳米纤维；优选地，所述第一纳米纤维的打浆度为70-95°SR，优选为95°SR；优选地，所述第三纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡健，龙金，姚运振，王宜，汪洋，蒙玲，
申请(专利权)人：广州华创化工材料科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44