一种复合隔膜及其制备方法和二次电池技术

本发明专利技术提供一种复合隔膜及其制备方法和二次电池，所述复合隔膜至少包括陶瓷纤维和包覆在所述陶瓷纤维表面的芳香族聚酰胺层，其中，所述芳香族聚酰胺层呈多孔网状结构。所述复合隔膜在400℃时的热收缩率小于2％，在500℃时的热收缩率小于4％。本发明专利技术所制备获得的复合隔膜具有优异的耐热性、机械性能、透气性及稳定性。将所述复合隔膜应用于二次电池中，其安全性能大大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种复合隔膜及其制备方法和二次电池
本专利技术涉及隔膜领域，特别是涉及一种复合隔膜及其制备方法和二次电池。
技术介绍
锂二次电池作为新能源产业的杰出代表，近年呈现出井喷式的增长，尤其是在电动汽车领域，具备大倍率充放性能的动力电池更是出现了供不应求的局面。随着锂二次电池在电动汽车上的大量应用，电池安全性已经成为动力电池检验的重要标准之一。其中，锂电池隔膜是单体电芯安全性保障的第一条“防线”。目前正广泛应用于锂电池中的隔膜主要为聚烯烃类融熔拉伸隔膜，这些材料所拥有的关闭效应在电池发热时有助于安全性的提高。然而，当电池发生内部短路时，局部放热使短路部分瞬间温度最高可达600℃。聚烯烃材料的熔点为150℃或更低，隔膜在获得关闭效应之前熔融，且可能导致发生大面积的电极之间的短路，产生的热量引起电解液气化，进而引发燃烧或者爆炸。聚烯烃类隔膜材质的局限性在于:耐温性能有限，通常低于150℃，使得锂二次电池的安全性降低，不适合作为电动汽车用的锂离子动力电池隔膜。芳香族聚酰胺类聚合物(PPTA、PMIA、PBA、PSA)具有高耐热性，陶瓷化温度在350℃以上，热分解温度高达570℃，此外还有高绝缘性和耐化学腐蚀性，是作为锂离子电池隔膜上选择。国内有研究机构已经将芳纶应用于锂离子电池隔膜，如公开号为CN103242556A的中国专利及公告号为CN202384420U的中国专利中将芳香族聚酰胺类聚合物纤维涂覆到聚烯烃隔膜表面，这些方法由于受限于聚烯烃基材，因此在应用性方面大打折扣。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种复合隔膜及其制备方法和二次电池，该隔膜具有优异的热稳定性、机械性能，其安全性能大大提升。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种复合隔膜，所述复合隔膜至少包括陶瓷纤维和包覆在所述陶瓷纤维表面的芳香族聚酰胺层，其中，所述芳香族聚酰胺层呈多孔网状结构，所述复合隔膜在400℃时的热收缩率小于2％。作为本专利技术复合隔膜的一种优化的方案，所述复合隔膜在500℃时的热收缩率小于4％。作为本专利技术复合隔膜的一种优化的方案，所述复合隔膜的透气率介于10s/100cc～600s/100cc之间，所述隔膜的拉伸强度介于20MPa～400MPa。作为本专利技术复合隔膜的一种优化的方案，所述复合隔膜的厚度介于5μm～40μm之间。作为本专利技术复合隔膜的一种优化的方案，所述芳香族聚酰胺层的材质包括聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯甲酰胺及聚苯砜对苯二甲酰胺中的至少一种。作为本专利技术复合隔膜的一种优化的方案，所述芳香族聚酰胺层的孔隙率介于30％～80％之间。作为本专利技术复合隔膜的一种优化的方案，所述复合隔膜中，所述芳香族聚酰胺层的重量百分含量介于10wt％～70wt％。作为本专利技术复合隔膜的一种优化的方案，所述陶瓷纤维包括陶瓷纤维布。作为本专利技术复合隔膜的一种优化的方案，所述陶瓷纤维布的厚度介于3μm～40μm。作为本专利技术复合隔膜的一种优化的方案，所述陶瓷纤维布中的单丝陶瓷纤维直径小于或者等于15μm。本专利技术还提供一种复合隔膜的制备方法，所述制备方法至少包括：1)提供离子液体、芳香族聚酰胺以及溶剂，将所述离子液体、所述芳香族聚酰胺以及所述溶剂配制成混合溶液；2)提供陶瓷纤维，将所述混合溶液形成在所述陶瓷纤维表面，然后置于凝胶浴中成膜；3)利用萃取剂萃取出所述膜中的所述离子液体和所述溶剂，再经过干燥处理，获得所述复合隔膜。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，所述离子液体包括季铵盐、季磷盐、咪唑鎓盐、吡啶鎓盐、哌啶鎓盐及吡咯烷鎓盐中至少一种。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，所述芳香族聚酰胺包括聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯甲酰胺及聚苯砜对苯二甲酰胺中的至少一种。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，步骤1)中，所述离子液体和所述芳香族聚酰胺的质量比介于2：1至10：1之间。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，步骤1)中，所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂，配制成所述混合溶液的步骤包括：将所述离子液体与所述第一溶剂混合形成离子液体溶液；将所述芳香族聚酰胺与所述第二溶剂混合形成芳香族聚酰胺溶液；再将所述离子液体溶液与所述芳香族聚酰胺溶液混合配制成所述混合溶液。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，步骤1)中，所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂，配制成所述混合溶液的步骤包括：将所述离子液体与第一溶剂混合形成离子液体溶液；通过聚合反应形成芳香族聚酰胺溶液，所述聚合反应中使用所述第二溶剂；再将所述离子液体溶液与所述芳香族聚酰胺溶液混合配制成所述混合溶液。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，步骤1)中，所述溶剂包括第三溶剂，配制成所述混合溶液的步骤包括：直接将所述离子液体、所述芳香族聚酰胺及所述第三溶剂混合配制成所述混合溶液。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，所述第一溶剂包括水、乙醇、丙醇、异丙醇、丙三醇、四氢呋喃、吡啶、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮及聚乙二醇中至少一种。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，所述第二溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜及磷酸三乙酯中至少一种。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，所述第一溶剂与所述离子液体的质量比介于0.05：1至0.8：1之间，所述第二溶剂与所述芳香族聚酰胺的质量比介于4：1至15：1之间。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，所述第三溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺及二甲亚砜中至少一种。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，所述混合溶液中，所述第三溶剂的质量分数介于20％～80％之间。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，步骤2)中，将所述混合溶液形成在所述陶瓷纤维表面的步骤包括：将所述陶瓷纤维布浸入所述混合溶液中；或者将所述混合溶液涂覆于所述陶瓷纤维表面。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，步骤2)中，所述凝胶浴包括第一组分，所述第一组分包括水、二氯甲烷中的一种。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，所述凝胶浴还包括第二组分；所述第二组分包括N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜及磷酸三乙酯中至少一种。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，所述凝胶浴中，所述第一组份所占的质量分数介于10％～99.9％之间。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，步骤2)中，所述凝胶浴的温度介于0℃～80℃之间，成膜时间介于10秒～250秒之间。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，步骤3)中，所述萃取剂包括水、二氯甲烷、三氯甲烷及乙醇中的至少一种，所述萃取剂的温度介于20℃～100℃之间。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，步骤3)中，进行所述干燥处理后还需要进行高温处理的步骤，所述高温处理的温度介于250℃～450℃之间，所述高温处理时间介于1分钟～60分钟之间。作为本专利技术复合隔膜的制备方法的一种优化的方案，所述干燥处理为红外干燥及鼓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜至少包括陶瓷纤维和包覆在所述陶瓷纤维表面的芳香族聚酰胺层，其中，所述芳香族聚酰胺层呈多孔网状结构，所述复合隔膜在400℃时的热收缩率小于2％。

【技术特征摘要】
1.一种复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜至少包括陶瓷纤维和包覆在所述陶瓷纤维表面的芳香族聚酰胺层，其中，所述芳香族聚酰胺层呈多孔网状结构，所述复合隔膜在400℃时的热收缩率小于2％。2.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于：所述复合隔膜在500℃时的热收缩率小于4％。3.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于：所述复合隔膜的透气率介于10s/100cc～600s/100cc之间，所述复合隔膜的拉伸强度介于20MPa～400MPa。4.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于：所述复合隔膜的厚度介于5μm～40μm之间。5.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于：所述芳香族聚酰胺层的材质包括聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯甲酰胺及聚苯砜对苯二甲酰胺中的至少一种。6.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于：所述芳香族聚酰胺层的孔隙率介于30％～80％之间。7.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于：所述复合隔膜中，所述芳香族聚酰胺层的重量百分含量介于10wt％～70wt％。8.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于：所述陶瓷纤维包括陶瓷纤维布。9.根据权利要求8所述的复合隔膜，其特征在于：所述陶瓷纤维布的厚度介于3μm～40μm。10.根据权利要求8所述的复合隔膜，其特征在于：所述陶瓷纤维布中的单丝陶瓷纤维直径小于或者等于15μm。11.一种复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：1)提供离子液体、芳香族聚酰胺以及溶剂，将所述离子液体、所述芳香族聚酰胺以及所述溶剂配制成混合溶液；2)提供陶瓷纤维，将所述混合溶液形成在所述陶瓷纤维表面，然后置于凝胶浴中成膜；3)利用萃取剂萃取出所述膜中的所述离子液体和所述溶剂，再经过干燥处理，获得所述复合隔膜。12.根据权利要求11所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述离子液体包括季铵盐、季磷盐、咪唑鎓盐、吡啶鎓盐、哌啶鎓盐及吡咯烷鎓盐中的至少一种。13.根据权利要求11所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述芳香族聚酰胺包括聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯甲酰胺及聚苯砜对苯二甲酰胺中的至少一种。14.根据权利要求11所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述离子液体和所述芳香族聚酰胺的质量比介于2：1至10：1之间。15.根据权利要求11所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂，配制成所述混合溶液的步骤包括：将所述离子液体与所述第一溶剂混合形成离子液体溶液；将所述芳香族聚酰胺与所述第二溶剂混合形成芳香族聚酰胺溶液；再将所述离子液体溶液与所述芳香族聚酰胺溶液混合配制成所述混合溶液。16.根据权利要求11所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂，配制成所述混合溶液的步骤包括：将所述离子液体与第一溶剂混合形成离子液体溶液；通过聚合反应形成芳香族聚酰胺溶液，所述聚合反应中使用所述第二溶剂；再将所述离子液体溶液与所述芳香族聚酰胺溶液混合配制成所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程跃，陈永乐，何方波，杨文科，冯涵阁，
申请(专利权)人：上海恩捷新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31