一种高安全无纺布基复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高安全无纺布基复合隔膜及其制备方法，该高安全无纺布基复合隔膜，包括无纺布基底，所述无纺布基底的表面和孔隙中填充有高熔点有机聚合物；所述高熔点有机聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酸、聚醚酰亚胺、芳香族二元胺、芳香族二酐、聚氨酯、聚醚砜中的至少一种。本发明专利技术采用特殊的高熔点有机聚合物对无纺布基底进行涂覆，不仅赋予无纺布隔膜良好的电子绝缘性和优异的热稳定性，并且所获得的无纺布基复合隔膜有助于提高电池的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全无纺布基复合隔膜及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种高安全无纺布基复合隔膜及其制备方法。
技术介绍
隔膜作为锂离子电池关键材料之一，起着隔离正、负极，并传输离子的作用。聚烯烃类隔膜为现今商业化普遍使用的隔膜，具有机械强度高、孔隙率合适、价格便宜、制备工艺简单及电化学性能稳定等优势。然而、随着新能源汽车等领域的迅速发展，人们对电池的安全性要求越来越高，聚烯烃类隔膜由于固有熔点只有130-170℃，在高温下容易发生大面积收缩而导致电池内部短路，引发安全事故，难以满足新兴领域对电池安全性的要求。为了提高聚烯烃隔膜的安全性，通过在其表面涂覆陶瓷颗粒是当前通用的方法，而所制备的聚烯烃陶瓷隔膜虽然可以一定程度上提高隔膜的安全性，但是也存在陶瓷颗粒易脱落的问题，更重要的是聚烯烃材料本身固有熔点较低，限制了此类隔膜的进一步发展应用。无纺布隔膜具有耐高温、高孔隙、生产工艺简单、成本较低等优点，有望成为下一代锂离子电池隔膜。但是由于其生产工艺的限制，隔膜孔径较大，且分布不均，电子隔离性差，难以应用在实际电池中，需复合其他材料方可使用。在无纺布隔膜上涂覆陶瓷颗粒也是当前通用的解决办法，但是陶瓷层均匀性的技术壁垒较高，相关技术被国外垄断，且生产价格较高，有待进一步改善。XiaoW.等在文献“PreparationandelectrochemicalperformanceofZrO2nanoparticleembeddednonwovencompositeseparatorforlithium-ionbatteries”中以PVDF-HFP为粘结剂在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上复合ZrO2。虽然，相比于传统聚烯烃隔膜，所制备隔膜具有更好的安全性和电解液润湿性，但是此隔膜在使用过程中粘结剂PVDF-HFP会溶胀，易引起ZrO2颗粒的脱落，从而引发电池短路。申请公布号为CN104766938A的中国专利技术专利申请文献公开了一种由无纺布基材层、静电纺丝层、聚合物多孔涂层复合的隔膜，该隔膜具有较高的安全性，优异的电化学性能，但是该制备方法较复杂，成本较贵，不易规模化生产。申请公布号为CN103887464A的中国专利技术专利申请文献公开了一种锂离子电池用隔膜及其制备方法和锂离子电池，该隔膜包括无纺布基底和填充于所述无纺布基底的孔隙中的热塑性有机聚合物颗粒；其制备方法包括，将热塑性有机聚合物颗粒与粘结剂按照一定比例配制溶液，机械搅拌后，将无纺布浸泡在溶液中一定时间，取出，室温干燥和真空干燥，得到锂离子电池用隔膜。该隔膜适宜的孔径降低了电池用短路的风险，提高了电池的体积比容量；但是该隔膜因采用热塑性有机聚合物颗粒，使得隔膜耐热性差，不利于隔膜在高温环境下的使用。因此，有必要对无纺布类隔膜的改进做进一步的探究，简化制备方法，提高隔膜性能，以适应市场需求和规模化生产。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高安全无纺布基复合隔膜及其制备方法，该无纺布基复合隔膜能够赋予无纺布隔膜良好的电子绝缘性，优异的热稳定性，提高电池的安全性；该隔膜的制备方法简单，利于规模化生产。本专利技术的具体方案如下：一种高安全无纺布基复合隔膜，包括无纺布基底，所述无纺布基底的表面和孔隙中填充有高熔点有机聚合物；所述高熔点有机聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酸、聚醚酰亚胺、芳香族二元胺、芳香族二酐、聚氨酯、聚醚砜中的至少一种。上述高安全无纺布复合隔膜(以下简称“复合隔膜”)以无纺布作为基底，可使复合隔膜具有良好的离子传输性和结构稳定性；而将高熔点有机聚合物填充在无纺布的表面及孔隙中能够赋予隔膜电子绝缘性，使其可以应用于实际电池中，并提高隔膜的安全性，同时也能够提高复合隔膜的热稳定性。作为优选，所述高熔点有机聚合物为聚酰胺酸、聚醚酰亚胺、芳香族二元胺、芳香族二酐和聚氨酯中的至少一种。更优选，所述高熔点有机聚合物为聚酰胺酸或聚醚酰亚胺。进一步地，所述的无纺布基底为纤维素、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、芳纶和氨纶中的至少一种。作为优选，所述无纺布基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳纶和氨纶中的至少一种。作为优选，所述无纺布基底的厚度为9～15μm；孔隙率为60～80％。本专利技术还提供了一种所述的高安全无纺布基复合隔膜的制备方法，包括：(1)将高熔点有机聚合物溶解于有机溶剂中，再加入表面活性剂，得到混合溶液；(2)将所述混合溶液复合在所述无纺布基底上，烘干后，得到所述高安全无纺布基复合隔膜。现有技术中，用于涂覆无纺布基底的有机聚合物的熔点均较低，使得复合隔膜的热稳定性较差，影响隔膜的使用范围；并且此类有机聚合物的粘性差，一般需要额外添加粘结剂，才能够顺利涂覆于无纺布上，而隔膜使用过程中粘结剂易发生溶胀现象，导致有机聚合物从无纺布上脱落，进而影响隔膜的电子绝缘性。本专利技术采用特定的具有一定粘度的高熔点有机聚合物，并将其溶解于相应的有机溶剂中获得涂覆液，该涂覆液能够复合在无纺布基底上，既解决了有机聚合物熔点低的问题，也避免了粘结剂的使用，提高了复合隔膜的热稳定性和电子绝缘性。进一步地，步骤(1)中，所述溶解的温度为50～120℃。作为优选，步骤(1)中，所述高熔点有机聚合物中有效成分的固含量为1～50％；该固含量是指质量分数。进一步地，所述有机溶剂为二甲苯、三氯乙烯、四氢萘、十氢萘、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺和富马酸二甲酯中的至少一种。进一步地，所述表面活性剂为直链烷基笨磺酸钠、烷基磺酸盐、乙二醇酰胺、聚乙二醇、乙二醇单丁醚和月桂酰基谷氨酸中的至少一种。进一步地，步骤(2)中，所述的复合为浸涂、喷涂或涂布。作为优选，步骤(2)中，所述烘干的温度为50～150℃，时间为8～48h。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术采用特殊的高熔点有机聚合物对无纺布基底进行涂覆，获得的高安全无纺布基复合隔膜不仅提高了电池的安全性，而且具有良好的电子绝缘性和优异的热稳定性。(2)本专利技术方法不仅制备工艺简单，而且通过添加特定的有机溶剂来溶解高熔点有机聚合物，得到的涂覆液在不添加粘结剂的情况下能够均匀的涂覆在无纺布基底材料上，进一步提高了无纺布的电子绝缘性和热稳定性。附图说明图1为实施例1中使用的PET基底和制备的复合隔膜的扫描电镜图；其中，A为PET基底；B为复合隔膜。图2为采用实施例1中使用的PET基底和制备的复合隔膜组装的电池的充电曲线。图3为实施例1中制备的复合隔膜经高温处理后的尺寸图。具体实施方式实施例1一种高安全无纺布基复合隔膜的制备方法，具体步骤如下：(1)取5g聚醚酰亚胺颗粒，缓慢加入到质量为95g，温度为120℃的二甲基甲酰胺试剂中，搅拌至聚醚酰亚胺颗粒完全溶解后，溶液温度冷却至80℃，向其中加入3滴乙二醇单丁醚，搅拌均匀，得到涂覆溶液；(2)将厚度为15μm、孔隙度为70％的PET基底完全浸没在所述混合溶液中2min，取出PET复合隔膜，经间距20μm的刮刀去除PET复合隔膜表面残余溶液后，空气中自然风干30min，再在120℃下真空烘干12h，得到高安全无纺布基复合隔膜。对上述制备的高安全无纺布基复合隔膜进行性能检测，结果如下：如图1所示，PET隔膜表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高安全无纺布基复合隔膜，包括无纺布基底，其特征在于，所述无纺布基底的表面和孔隙中填充有高熔点有机聚合物；所述高熔点有机聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酸、聚醚酰亚胺、芳香族二元胺、芳香族二酐、聚氨酯、聚醚砜中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种高安全无纺布基复合隔膜，包括无纺布基底，其特征在于，所述无纺布基底的表面和孔隙中填充有高熔点有机聚合物；所述高熔点有机聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酸、聚醚酰亚胺、芳香族二元胺、芳香族二酐、聚氨酯、聚醚砜中的至少一种。2.如权利要求1所述的高安全无纺布基复合隔膜，其特征在于，所述的无纺布基底为纤维素、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、芳纶和氨纶中的至少一种。3.如权利要求1所述的高安全无纺布基复合隔膜，其特征在于，所述无纺布基底的厚度为9～15μm；孔隙率为60～80％。4.一种如权利要求1～3任一项所述的高安全无纺布基复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括：(1)将高熔点有机聚合物溶解于有机溶剂中，再加入表面活性剂，得到混合溶液；(2)将所述混合溶液复合在所述无纺布基底上，烘干后，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李为标，史凌俊，孙伟，
申请(专利权)人：浙江天能能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33