一种锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，公开了一种锂离子电池隔膜及其制备方法。该隔膜由核壳结构纤维形成，所述核壳结构纤维的中间核层材料为由无机粒子和高分子聚合物I复合形成的无机粒子‑高分子聚合物I复合物，以及所述核壳结构纤维的壳层材料为高分子聚合物II，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II相同。本发明专利技术的提供的锂离子电池隔膜具有较高且适宜的孔隙率、高耐热性、较高的拉伸强度和良好的离子导电率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池隔膜及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种锂离子电池隔膜、一种制备锂离子电池隔膜的方法以及由该方法制备得到的锂离子电池隔膜。
技术介绍
锂离子电池在大电流条件下，易导致大量锂枝晶，刺破电池隔膜，导致电池内部短路引发安全隐患。由于动力电池具有更高的工作温度，较复杂的动行环境，可能在非常规状态，即异常充放状态、异常受热与力学条件滥用下发生爆炸、燃烧等，因此动力锂离子电池的热安全性能显得尤为重要。锂离子电池隔膜的安全性能是要求隔膜具有良好的热尺寸稳定性，在一定高温环境下无明显形变；具有较好的耐热性能，在电池短路前具有良好的阻燃效果，且无明显机械强度的损失，以及具有较高的热安全温度。目前商业化应用的锂离子电池隔膜是聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)隔膜，此种隔膜已无法完全满足日益发展的动力电池市场的要求。使用新技术和新材料制备出新型隔膜是解决这一问题的方法之一，静电纺丝方法就是一种行之有效的技术，而且将无机材料掺杂进纺丝液中进行电纺，可以避免使用粘结剂。传统的静电纺丝法制备锂电池隔膜时所采用单孔针头，此方法制备出的纤维隔膜的表面负载无机粒子，但在高倍率充放电时无法避免无机粒子的脱落。CN110137416A公开了一种聚烯烃锂电隔膜制备方法，以多孔聚烯烃隔膜为基体，所述聚烯烃隔膜的单侧或双侧涂覆有改性法聚甲基丙烯酸甲酯有机物涂层，所述的改性聚甲基丙烯酸甲酯有机物是无机氧化物纳米颗粒和聚甲基丙烯酸甲酯复合而成的有机物，指出使用该方法提高了离子电导率，但是该现有技术提供的聚烯烃锂电隔膜的耐高温性能不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的锂离子电池隔膜在高倍率充放电时存在的机械强度不高、耐高温性能差、离子电导率低、循环性能差的缺陷，期望提供一种在高倍率充放电时兼具耐高温性能优异、机械强度高、离子电导率且循环性能好的锂离子电池隔膜。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种锂离子电池隔膜，该隔膜由核壳结构纤维形成，所述核壳结构纤维的中间核层材料为由无机粒子和高分子聚合物I复合形成的无机粒子-高分子聚合物I复合物，以及所述核壳结构纤维的壳层材料为高分子聚合物II，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II相同，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II选自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚芳醚砜酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二酯中的至少一种。本专利技术的第二方面提供一种制备锂离子电池隔膜的方法，该方法包括：(1)将含有无机粒子的分散液I和含有高分子聚合物I的分散液II进行混合，得到分散液III；(2)将含有高分子聚合物II的分散液IV和所述分散液III分别引入至同轴静电纺丝装置的设置有外针头的存储器和设置有内针头的存储器中进行静电纺丝，以得到核壳结构纤维；(3)将所述核壳结构纤维进行热压，得到所述隔膜，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II相同，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II选自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚芳醚砜酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二酯中的至少一种。本专利技术的第三方面提供由前述第二方面所述的方法制备得到的锂离子电池隔膜。本专利技术的提供的锂离子电池隔膜与电池具有良好的相容性，并且，该隔膜具有较高且适宜的孔隙率、高耐热性、良好的机械强度、良好的离子导电率、优异的电池倍率性能和循环性能等优异性能。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。如前所述，本专利技术的第一方面提供了一种锂离子电池隔膜，该隔膜由核壳结构纤维形成，所述核壳结构纤维的中间核层材料为由无机粒子和高分子聚合物I复合形成的无机粒子-高分子聚合物I复合物，以及所述核壳结构纤维的壳层材料为高分子聚合物II，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II相同，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II选自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚芳醚砜酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二酯中的至少一种。优选地，在所述无机粒子-高分子聚合物I复合物中，所述无机粒子的重量含量为1％-40％。特别优选地，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯和聚芳醚砜酮中的至少一种。优选地，所述无机粒子选自第IIA族金属的氧化物、第IIA族金属的硫酸盐、第IIA族金属的氢氧化物、第IVB族金属的氧化物、第IIIA族金属的氧化物和二氧化硅中的至少一种。进一步优选地，所述无机粒子选自水合氧化铝、三氧化二铝、氧化镁、氧化钙、二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛、勃姆石、硫酸钡和氢氧化镁中的至少一种。更优选地，所述无机粒子的平均粒径为10-200nm。优选地，所述核壳结构纤维的中间核层的平均直径为100-400nm，以及所述核壳结构纤维的平均直径为0.5-2μm。优选地，所述隔膜的平均厚度为20-50μm。优选地，所述核壳结构纤维为由同轴静电纺丝法制备得到的纤维。如前所述，本专利技术的第二方面提供了一种制备锂离子电池隔膜的方法，该方法包括：(1)将含有无机粒子的分散液I和含有高分子聚合物I的分散液II进行混合，得到分散液III；(2)将含有高分子聚合物II的分散液IV和所述分散液III分别引入至同轴静电纺丝装置的设置有外针头的存储器和设置有内针头的存储器中进行静电纺丝，以得到核壳结构纤维；(3)将所述核壳结构纤维进行热压，得到所述隔膜，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II相同，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II选自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚芳醚砜酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二酯中的至少一种。进一步优选，在本专利技术的方法中，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚芳醚砜酮和聚对苯二甲酸乙二酯中的至少一种。优选地，所述内针头的孔径为0.3-0.5mm，所述外针头的孔径为0.7-1.0mm。优选地，所述静电纺丝的操作条件包括：纺丝电压为15-30kV，接收距离为10-30cm，湿度为20-50％，纺丝温度为20-40℃。优选地，在步骤(3)中，所述热压通过板式热压机进行，所述热压的操作条件包括：热压温度为70-100℃，压强为3-7MPa，热压时间为1-3min。优选地，在步骤(1)中，所述分散液I中的无机粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池隔膜，其特征在于，该隔膜由核壳结构纤维形成，所述核壳结构纤维的中间核层材料为由无机粒子和高分子聚合物I复合形成的无机粒子-高分子聚合物I复合物，以及所述核壳结构纤维的壳层材料为高分子聚合物II，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II相同，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II选自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚芳醚砜酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二酯中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池隔膜，其特征在于，该隔膜由核壳结构纤维形成，所述核壳结构纤维的中间核层材料为由无机粒子和高分子聚合物I复合形成的无机粒子-高分子聚合物I复合物，以及所述核壳结构纤维的壳层材料为高分子聚合物II，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II相同，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II选自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚芳醚砜酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二酯中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的隔膜，其中，在所述无机粒子-高分子聚合物I复合物中，所述无机粒子的重量含量为1％-40％。


3.根据权利要求1或2所述的隔膜，其中，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II选自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚芳醚砜酮和聚对苯二甲酸乙二酯中的至少一种。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的隔膜，其中，所述无机粒子选自第IIA族金属的氧化物、第IIA族金属的硫酸盐、第IIA族金属的氢氧化物、第IVB族金属的氧化物、第IIIA族金属的氧化物和二氧化硅中的至少一种；
优选地，所述无机粒子选自水合氧化铝、三氧化二铝、氧化镁、氧化钙、二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛、勃姆石、硫酸钡和氢氧化镁中的至少一种；
优选地，所述无机粒子的平均粒径为10-200nm。


5.根据权利要求1-4中任意一项所述的隔膜，其中，所述核壳结构纤维的中间核层的平均直径为100-400nm，以及所述核壳结构纤维的平均直径为0.5-2μm。


6.根据权利要求1-5中任意一项所述的隔膜，其中，所述隔膜的平均厚度为20-50μm。


7.根据权利要求1-6中任意一项所述的隔膜，其中，所述核壳结构纤维为由同轴静电纺丝法制备得到的纤维。


8.一种制备锂离子电池隔膜的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将含有无机粒子的分散液I和含有高分子聚合物I的分散液II进行混合，得到分散液III；
(2)将含有高分子聚合物II的分散液IV和所述分散液III分别引入至同轴静电纺丝装置的设置有外针头的存储器和设置有内针头的存储器中进行静电纺丝，以得到核壳结构纤维；
(3)将所述核壳结构纤维进行热压，得到所述隔膜，
所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II相同，所述高分子聚合物I和所述高分子聚合物II选自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏清华，董江舟，张杰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11