一种电池隔膜及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种电池隔膜及其制备方法和锂离子电池，该电池隔膜的制备原料按质量百分数计包括30～50％粘结剂、5～10％纳米纤维素、30～50％无机固态电解质和15～30％闭孔材料。其中以纳米纤维素作为隔膜骨架可实现自支撑，无机固态电解质的添加可有效提升隔膜的离子传输力和耐热性，进而可提升使用该隔膜的电芯的循环性能；闭孔材料的加入可使隔膜具有热关闭作用，进而可提升使用该隔膜电芯的安全性能；通过粘结剂将其他制备原料包裹粘结，以使隔膜具有完整性，以及提供隔膜后续应用对极片的粘结，由此，采用以上制备原料所制得的电池隔膜具有优异的力学性能、耐热性和离子电导率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种电池隔膜及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池隔膜
，尤其是涉及一种电池隔膜及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池(LIB)在电子设备和电动汽车中广泛应用，而隔膜作为电池的关键部件之一，影响着锂离子电池的容量、能量密度、安全性和使用寿命。聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)是商业化的LIB隔膜材料，但热稳定性较差，电解质润湿性有限，因此，开发具有优异离子电导率、优异机械性能和热稳定性的隔膜吸引了广泛的研究。在块状隔膜材料中，PVDF油性隔膜因其优异的电化学以及电解质润湿性而成为研究热点，然而，常规的PVDF油性隔膜机械强度较差，通常无法承受锂化和脱锂过程中电极材料产生的应力，由此限制了其进一步应用。PVDF的机械性能可以通过掺入少量的陶瓷颗粒(如Al2O3、MoO3和SiO2)来提升，一般是通过将PVDF和陶瓷颗粒的共混浆料涂覆在聚烯烃隔膜表面，并采用相转换制膜，因而这种隔膜受聚烯烃隔膜的影响较大，使其耐热性能差，离子电导率低。因此，迫切需要开发一种离子电导率高、耐热性能好、机械性能强的电池隔膜。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种电池隔膜及其制备方法和锂离子电池。
[0004]本专利技术的第一方面，提出了一种电池隔膜，按质量百分数计，其制备原料包括30～70％粘结剂、5～10％纳米纤维素、30～60％无机固态电解质、15～30％闭孔材料。
[0005]根据本专利技术实施例的电池隔膜，至少具有以下有益效果：该电池隔膜中采用包括特定配比的粘结剂、纳米纤维素、无机固态电解质和闭孔材料的制备原料制备而成，其中纳米纤维素通过自身的氢键可以形成一种网络结构，该结构具有良好的力学性能，以其作为隔膜骨架，可保证隔膜的机械强度，从而实现自支撑，而无需涂覆在聚烯烃基膜上；另外，无机固态电解质的添加可有效提升隔膜的离子传输力和耐热性，进而可提升使用该隔膜的电芯的循环性能，且循环后期即使电解液消耗，无机固态电解质依然可以有效传输锂离子，从而可保证电芯性能；而闭孔材料的加入可使隔膜具有热关闭作用，进而可提升使用该隔膜的电芯的安全性能；并且通过粘结剂包裹粘结纳米纤维素、无机固态电解质和闭孔材料，以使隔膜具有完整性，以及提供隔膜后续应用对极片的粘结，保证电芯硬度。由此，该电池隔膜具有优异的力学性能、耐热性和离子电导率。
[0006]其中，粘结剂的选择具体可采用可溶于有机溶剂且在相转化液中会发生相转化成膜的粘结剂，进而该电池隔膜可采用相转化法制膜，具体可将各制备原料与有机溶剂混合配成浆料，而后涂覆于基板上，再置于相转化液中进行相转化成膜。所制得电池隔膜具有多孔结构，可提升隔膜的保液率，进而提升电池隔膜的离子电导率。以上制备原料中，若粘结剂的添加量过低，将难以保证后续隔膜应用于电芯时与极片具有良好粘结性，而粘结剂添
加剂过高，则其他物质添加比例减少，隔膜耐热性能会变差。本申请电池隔膜未使用基膜，而以纳米纤维素作为隔膜骨架，若其添加量过低，无法起到有效支撑作用，所制得隔膜强度差，在使用过程中会出现断裂现象；而若添加量太高，则形成的网络结构太密集，不利于锂离子传输。而如若闭孔材料的添加量过低，会使隔膜的透气度无法达到要求；而如若闭孔材料添加量过高，其他组分相对减少，则会影响隔膜的柔韧性，所制得隔膜会呈现脆性，导致后续无法使用，并且通常闭孔材料的价格相对较贵，增加用量也会增加成本。因此，各制备原料的用量配比需控制在以上范围。
[0007]在本专利技术的一些实施方式中，按质量百分数计，所述制备原料包括30～50％粘结剂、5～10％纳米纤维素、30～50％无机固态电解质、15～30％闭孔材料；优选地，所述制备原料包括：50％粘结剂、5％纳米纤维素、30％无机固态电解质、15％闭孔材料。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述闭孔材料的熔点为90～130℃。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述闭孔材料选自聚乙烯蜡、聚氧化乙烯中的至少一种。其中，聚乙烯蜡的分子量太高影响浆料粘度，粘度过大流平性不佳，不易涂覆，因此，一般要求其分子量在10～100万范围。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述粘结剂可溶于有机溶剂，且在水中会发生相转化成膜。在隔膜制备过程，可将各制备原料与有机溶剂混合配成浆料，而后涂覆于基板上，再置于水中进行相转化成膜，制得电池隔膜。其中，有机溶剂具体可为极性有机溶剂，例如，采用N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N
‑
二甲基乙酰胺(DMAC)、丙酮、二甲亚砜等。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述粘结剂选自芳纶、氟类聚合物中的至少一种；氟类聚合物可选择聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯均聚物等。具体可采用熔点为100～500℃的粘结剂。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述无机固态电解质材料选自磷酸钛铝锂、钙钛矿型、硫化物中的至少一种。通过采用以上无机固态电解质材料可以有效提升锂离子传输，进而提升电芯性能，若采用普通陶瓷(如氧化铝等)，则无法达到以上效果。优选采用离子电导率大于10
‑3S/cm的无机固态电解质；所采用无机固态电解质通常呈粉体状。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述纳米纤维素提取自天然纤维，例如棉花纤维、木浆纤维等。
[0014]本专利技术的第二方面，提出了一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1、将制备原料与有机溶剂混合配制成浆料；
[0016]S2、将所述浆料涂覆于基板的表面，而后浸入相转化液中进行相转化成膜，再经干燥制得电池隔膜。
[0017]根据本专利技术该实施例电池隔膜的制备方法，至少具有以下有益效果：该电池隔膜的制备方法采用包括特定配比的粘结剂、纳米纤维素、无机固态电解质和闭孔材料的制备原料与有机溶剂混合配制成浆料后，涂覆于基板表面，再浸入相转化液中通过相转化成膜。其中，纳米纤维素可通过自身的氢键形成一种网络结构，该结构具有良好的力学性能，以其作为膈膜骨架可保证隔膜的机械强度，从而实现自支撑，而无需涂覆在聚烯烃基膜上；无机固态电解质的添加可有效提升隔膜的离子传输力和耐热性，进而可提升使用该隔膜的电芯的循环性能，且循环后即使电解液消耗，无机固态电解质依然可以有效传输锂离子，从而可保证电芯性能；而闭孔材料的加入可使隔膜具有热关闭作用，进而可提升使用该隔膜的电
芯的安全性能；通过粘结剂包裹纳米纤维素、无机固态电解质和闭孔材料，可使隔膜具有完整性，以及提供隔膜后续应用对极片的粘结，保证电芯硬度；另外，传统通过相转化法制备的隔膜静电大，影响生产优率，而通过纳米纤维素与粘结剂配合，可形成双网络结构的结合，纳米纤维素为亲水性材料，可有效消除静电；并且纳米纤维素可有效增加隔膜的亲水性和疏油性，可以使相转化法更加充分完成，使隔膜中的极性有机溶剂残留量几乎为零，进而可提高安全性；采用以上制备原料通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，其特征在于，按质量百分数计，其制备原料包括30～50％粘结剂、5～10％纳米纤维素、30～50％无机固态电解质、15～30％闭孔材料。2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述闭孔材料的熔点为90～130℃。3.根据权利要求2所述的电池隔膜，其特征在于，所述闭孔材料选自聚乙烯蜡、聚氧化乙烯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述粘结剂可溶于有机溶剂，且在水中会发生相转化成膜。5.根据权利要求4所述的电池隔膜，其特征在于，所述粘结剂选自芳纶、氟类聚合物中的至少一种。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述无机固态电解质材料选自磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖旭伦，
申请(专利权)人：惠州锂威电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：