一种含有夹心层的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，公开了一种含有夹心层的锂离子电池隔膜及其制备方法，该隔膜中含有夹心单元和包覆在所述夹心单元两侧的包覆层，所述夹心单元由聚合物电纺纤维I和载有无机粒子的聚合物电纺纤维II彼此杂序交错共同形成，使得所述夹心单元中的所述聚合物电纺纤维I和所述聚合物电纺纤维II彼此交织；所述聚合物电纺纤维I中含有高分子聚合物A，以及所述聚合物电纺纤维II中含有高分子聚合物B，所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B不同。本发明专利技术提供的锂离子电池隔膜具有高孔隙率、高吸液率、高耐热性和较低的电池内阻。高耐热性和较低的电池内阻。

【技术实现步骤摘要】
一种含有夹心层的锂离子电池隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种含有夹心层的锂离子电池隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]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；具有较好的热闭孔性能，在电池短路前发生热闭孔且无明显机械强度的损失，具有较高的热安全温度。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种高性能锂离子电池隔膜及其制备方法，所述高性能锂离子电池隔膜能够达到在高温时自闭孔的效果，与正负极材料具有良好的相容性，从而获得较低的电池内阻，同时能够通过调节聚合物种类和纤维的比例对隔膜的电化学性能及机械强度进行调控，以满足锂离子电池隔膜的应用需求。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种含有夹心层的锂离子电池隔膜，该隔膜中含有夹心单元和包覆在所述夹心单元两侧的包覆层，所述夹心单元由聚合物电纺纤维I和载有无机粒子的聚合物电纺纤维II彼此杂序交错共同形成，使得所述夹心单元中的所述聚合物电纺纤维I和所述聚合物电纺纤维II彼此交织；所述聚合物电纺纤维I中含有高分子聚合物A，以及所述聚合物电纺纤维II中含有高分子聚合物B，所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B不同；在所述夹心单元中，所述聚合物电纺纤维I的重量含量大于所述聚合物电纺纤维II的重量含量；所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B各自独立地选自聚丙烯、聚乙烯、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。
[0008]本专利技术第二方面提供一种制备前述含有夹心层的锂离子电池隔膜的方法，该方法包括：
[0009](a)形成夹心单元；
[0010](b)在所述夹心单元的两侧形成包覆层；
[0011]其中，形成所述夹心单元的步骤包括：
[0012](1)将含有无机粒子的分散液I和含有高分子聚合物B的分散液II进行混合，得到
分散液III；
[0013](2)将含有高分子聚合物A的分散液IV和所述分散液III分别引入至静电纺丝装置的存储器中进行静电纺丝，以得到由聚合物电纺纤维I和载有无机粒子的聚合物电纺纤维II彼此杂序交错共同形成的夹心单元前体，所述聚合物电纺纤维I中含有高分子聚合物A，以及所述聚合物电纺纤维II中含有高分子聚合物B；
[0014](3)将步骤(2)中获得的所述夹心单元前体进行热压，得到所述夹心单元；
[0015]控制所述分散液IV和所述分散液III的流速，使得在所述夹心单元中，所述聚合物电纺纤维I的重量含量大于所述聚合物电纺纤维II的重量含量。
[0016]本专利技术提供的锂离子电池隔膜具有高孔隙率、高吸液率、高耐热性和较低的电池内阻。
[0017]本专利技术的特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细描述。
具体实施方式
[0018]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。
[0019]如前所述，本专利技术一方面提供了一种含有夹心层的锂离子电池隔膜，该隔膜中含有夹心单元和包覆在所述夹心单元两侧的包覆层，所述夹心单元由聚合物电纺纤维I和载有无机粒子的聚合物电纺纤维II彼此杂序交错共同形成，使得所述夹心单元中的所述聚合物电纺纤维I和所述聚合物电纺纤维II彼此交织；所述聚合物电纺纤维I中含有高分子聚合物A，以及所述聚合物电纺纤维II中含有高分子聚合物B，所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B不同；在所述夹心单元中，所述聚合物电纺纤维I的重量含量大于所述聚合物电纺纤维II的重量含量；所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B各自独立地选自聚丙烯、聚乙烯、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。
[0020]优选地，在所述聚合物电纺纤维II中，所述无机粒子的重量含量为1
‑
40％。
[0021]优选地，所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B各自独立地选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚芳醚砜酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。专利技术人发现，在该优选情况下，本专利技术获得的隔膜具有更优的性能。
[0022]优选地，在所述聚合物电纺纤维II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。
[0023]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、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。
[0024]优选地，所述无机粒子的平均粒径为10～200nm。
[0025]优选地，所述聚合物电纺纤维I和所述聚合物电纺纤维II的平均直径为0.5
‑
2μm。
[0026]优选地，所述隔膜的平均厚度为20
‑
50μm。
[0027]优选地，所述夹心单元的厚度为19
‑
49μm。
[0028]优选地，各个所述包覆层的厚度为0.05
‑
2μm。
[0029]优选地，各个所述包覆层的形成材料相同或者不同，各自独立地选自羧甲基纤维素、壳聚糖、木质素、环糊精、海藻酸钠、丁苯胶乳、苯丙胶乳、聚丙烯酸酯、聚氨酯、明胶、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物和聚丙烯腈中的至少一种。
[0030]优选地，所述聚合物电纺纤维I和所述聚合物电纺纤维II为由静电纺丝法制备得到的纤维。
[0031]如前所述，本专利技术第二方面提供了一种制备前述含有夹心层的锂离子电池隔膜的方法，该方法包括：
[0032](a)形成夹心单元；
[0033](b)在所述夹心单元的两侧形成包覆层；
[0034]其中，形成所述夹心单元的步骤包括：
[0035](1)将含有无机粒子的分散液I和含有高分子聚合物B的分散液II进行混合，得到分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有夹心层的锂离子电池隔膜，其特征在于，该隔膜中含有夹心单元和包覆在所述夹心单元两侧的包覆层，所述夹心单元由聚合物电纺纤维I和载有无机粒子的聚合物电纺纤维II彼此杂序交错共同形成，使得所述夹心单元中的所述聚合物电纺纤维I和所述聚合物电纺纤维II彼此交织；所述聚合物电纺纤维I中含有高分子聚合物A，以及所述聚合物电纺纤维II中含有高分子聚合物B，所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B不同；在所述夹心单元中，所述聚合物电纺纤维I的重量含量大于所述聚合物电纺纤维II的重量含量；所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B各自独立地选自聚丙烯、聚乙烯、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，在所述聚合物电纺纤维II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A和所述高分子聚合物B各自独立地选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚芳醚砜酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的隔膜，其中，在所述聚合物电纺纤维II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、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，所述聚合物电纺纤维I和所述聚合物电纺纤维II的平均直径各自独立地为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；优选地，所述夹心单元的厚度为19
‑
49μm；优选地，各个所述包覆层的厚度为0.05
‑
2μm。7.根据权利要求1
‑
6中任意一项所述的隔膜，其中，各个所述包覆层的形成材料相同或者不同，各自独立地选自羧甲基纤维素、壳聚糖、木质素、环糊精、海藻酸钠、丁苯胶乳、苯丙胶乳、聚丙烯酸酯、聚氨酯、明胶、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物和聚丙烯腈中的至少一种。8.一种制备权利要求1
‑
7中任意一项所述的含有夹心层的锂离子电池隔膜的方法，其特征在于，该方法包括：(a)形成夹心单元；(b)在所述夹心单元的两侧形成包覆层；其中，形成所述夹心单元的步骤包括：(1)将含有无机粒子的分散液I和含有高分子聚合物B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A的分散液IV和所述...

【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北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：