一种热响应复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种热响应复合隔膜，属于锂离子电池技术领域。所述热响应复合隔膜由具有皮芯结构的同轴复合纤维构成，所述同轴复合纤维的芯层包括对位芳纶，所述同轴复合纤维的皮层包括聚丁二酸丁二醇酯。所述热响应复合隔膜综合了对位芳纶和聚丁二酸丁二醇酯的优势，所述复合隔膜的闭口温度约为110℃，破膜温度约为250℃，熔融温度区间可达140℃，使得所述复合隔膜具有优异的热稳定性，降低了熔融变形的风险，可防止由于过热而引起的爆炸等现象，提高了锂离子电池的安全性；并且所述复合隔膜具有良好的离子电导率，有助于提高电池的充放电性能和容量。性能和容量。性能和容量。

【技术实现步骤摘要】
一种热响应复合隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种热响应复合隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池的热失控是电动车安全事故的主要原因之一。锂离子电池在充放电过程中会释放热量，尤其在短路或过充电的时候，电池快速的自放电和大量产热会导致电池隔膜快速升温至隔膜材料熔点以上的温度，造成隔膜收缩、熔化，进而加剧电池短路的情况，最终引发火灾和爆炸。
[0003]因此，锂电池中隔膜的自关闭性质是锂离子电池限制温度升高及防止短路的有效方法。当温度接近隔膜材料熔点时，微孔闭合而产生自关闭，这时阻抗明显上升，通过电池的电流也受到限制，因而可防止由于过热而引起的爆炸等现象。当电池内部温度继续升高的时候，闭孔后的隔膜应当保持原来的完整性和一定的机械强度，继续起到隔离正负电极的作用，防止短路发生。因此隔膜的闭孔温度和熔融破裂温度相差越大，电池的安全性就越好。
[0004]现有的商业锂离子电池往往使用聚烯烃隔膜作为电池隔膜，例如聚丙烯(PP)隔膜和聚乙烯(PE)隔膜，PE隔膜的闭孔温度在130℃左右，破膜温度在145℃左右；PP隔膜的闭孔温度在150℃左右，破膜温度在170℃左右。为了进一步降低热响应复合隔膜的闭孔温度并提高其熔融破裂温度，聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)三层复合隔膜成为目前锂离子电池隔膜领域研究开发的热点。
[0005]例如专利申请文件CN 108039443A公开了一种锂电池用复合隔膜，其为三层结构，两侧表层为高强度聚丙烯微孔膜、内层为低熔点自关断聚乙烯微孔膜；所述高强度聚丙烯微孔膜的原料为聚丙烯树脂，其分子量为300000
‑
1000000、分子量分布指数Mw/Mn为4
‑
8、等规度＞96％、熔体流动速率为1.3
‑
3.3；低熔点自关断聚乙烯微孔膜的原料为高密度聚乙烯，其分子量为100000
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300000、分子量分布指数Mw/Mn为4
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8、熔体流动速率为0.2
‑
0.8。该锂电池用复合隔膜的闭孔温度为105℃
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115℃、破膜温度为165℃
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175℃，熔融温度区间约60℃。
[0006]专利申请文件CN 108039443A公开的锂电池用复合隔膜，当温度达到105℃
‑
115℃时，PE层会首先熔融，从而阻隔隔膜内部孔隙，以达到使电池热停机的效果。然而，PP层的熔融温度为165℃
‑
175℃，当有碰撞破坏、过载等情况出现时，电池局部的过热会导致其升温惯性超过PE和PP之间60℃的熔融温度区间，造成电池隔膜整体的熔融变形。
[0007]可见，相关技术中的热响应复合隔膜还存在隔膜材料破膜温度不够高和两种隔膜材料之间熔融温度区间较小的问题。另外，相关技术中的热响应隔膜采用多层隔膜构成，导致离子迁移不畅，离子迁移阻抗较大；此外，相关技术中的热响应隔膜采用的隔膜材料PE和PP亲液性和界面性质有限，也会导致离子电导率较低。
[0008]因此，有必要进一步改进，设计出一种热响应复合隔膜及其制备方法，该热响应复合隔膜不仅具有更高的破膜温度，且两种隔膜材料的熔融温度区间也更大，可以有效降低
隔膜熔融变形的风险；同时该复合隔膜结构能有效减小离子迁移阻抗，采用的隔膜材料具有良好的亲液性，使得该复合隔膜具有良好的离子电导率。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种热响应复合隔膜及其制备方法，所述热响应复合隔膜不仅具有更高的破膜温度，且两种隔膜材料的熔融温度区间也更大，可以有效降低隔膜熔融变形的风险；同时该复合隔膜结构能有效减小离子迁移阻抗，采用的隔膜材料具有良好的亲液性，使得该复合隔膜具有良好的离子电导率。
[0010]本专利技术实施例提供了一种热响应复合隔膜，由具有皮芯结构的同轴复合纤维构成，所述同轴复合纤维的芯层包括对位芳纶，所述同轴复合纤维的皮层包括聚丁二酸丁二醇酯。
[0011]本专利技术实施例的热响应复合隔膜带来的优点和技术效果为：
[0012](1)所述皮层包括所述聚丁二酸丁二醇酯，所述聚丁二酸丁二醇酯的熔融温度约为110℃，因此，在电池内部温度升高并达到所述聚丁二酸丁二醇酯的熔融温度时，所述聚丁二酸丁二醇酯熔融后堵塞隔膜上的微孔，切断了电池内的锂离子传输，实现了隔膜的热关断，阻止了电池内部温度的进一步上升，可防止由于过热而引起的爆炸等现象，提高了锂离子电池的安全性；
[0013](2)所述芯层包括对位芳纶，所述对位芳纶的熔融温度约为250℃，具有优异的热稳定性，同时所述对位芳纶还具有优异的机械强度，因此，当电池内部温度继续升高但不高于250℃时，闭孔后的隔膜还能保持原来的完整性和一定的机械强度，继续起到隔离正负电极的作用，防止短路发生，提高了锂离子电池的安全性；
[0014](3)本专利技术实施例的热响应复合隔膜由具有皮芯结构的同轴复合纤维构成，有效地将对位芳纶和聚丁二酸丁二醇酯结合起来，这种单层隔膜比相关技术中的多层隔膜具有更高的离子电导率；
[0015](4)由于对位芳纶和聚丁二酸丁二醇酯均具有良好的电解液亲和性，因此可以有效提高热响应复合隔膜的官能度等性质，从而改善其亲液性和界面性质，提高隔膜的离子电导率。
[0016]在一些实施例中，所述对位芳纶的数均分子量为20000以上。
[0017]在一些实施例中，所述对位芳纶的数均分子量为30000以上。
[0018]在一些实施例中，所述同轴复合纤维的芯层和所述同轴复合纤维的皮层的质量之比为(0.1
‑
0.3)：1。
[0019]在一些实施例中，所述同轴复合纤维的芯层和所述同轴复合纤维的皮层的质量之比为(0.12
‑
0.28)：1。
[0020]在一些实施例中，所述复合隔膜的孔径为2
‑
8μm。
[0021]本专利技术实施例还提供了一种热响应复合隔膜的制备方法，用于制备本专利技术实施例的热响应复合隔膜，所述方法包括以下步骤：
[0022](1)制备对位芳纶浆料：将对位芳纶加入第一溶剂中，溶解后制备得到对位芳纶浆料；
[0023](2)制备PBS浆料：将所述聚丁二酸丁二醇酯加入第二溶剂中，溶解后制备得到PBS浆料；
[0024](3)同轴静电纺丝：以所述对位芳纶浆料和所述PBS浆料为原料进行同轴静电纺丝，得到静电纺丝薄膜，其中所述对位芳纶浆料形成所述芯层，所述PBS浆料形成所述皮层；
[0025](4)将所述静电纺丝薄膜进行清洗、烘干，得到所述复合隔膜。
[0026]本专利技术实施例的热响应复合隔膜的制备方法带来的优点和技术效果为：
[0027](1)本专利技术实施例的制备方法采用同轴静电纺丝法来构建所述复合隔膜的结构，可以提高隔膜的热隔断效率和孔隙率，有利于提高所述复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热响应复合隔膜，其特征在于，由具有皮芯结构的同轴复合纤维构成，所述同轴复合纤维的芯层包括对位芳纶，所述同轴复合纤维的皮层包括聚丁二酸丁二醇酯。2.根据权利要求1所述的热响应复合隔膜，其特征在于，所述对位芳纶的数均分子量为20000以上。3.根据权利要求2所述的热响应复合隔膜，其特征在于，所述对位芳纶的数均分子量为30000以上。4.根据权利要求1所述的热响应复合隔膜，其特征在于，所述同轴复合纤维的芯层和所述同轴复合纤维的皮层的质量之比为(0.1
‑
0.3)：1。5.根据权利要求4所述的热响应复合隔膜，其特征在于，所述同轴复合纤维的芯层和所述同轴复合纤维的皮层的质量之比为(0.12
‑
0.28)：1。6.根据权利要求1所述的热响应复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜的孔径为2
‑
8μm。7.一种权利要求1
‑
6任一项所述的热响应复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备对位芳纶浆料：将对位芳纶加入第一溶剂中，溶解后制备得到对位芳纶浆料；(2)制备PBS浆料：将所述聚丁二酸丁二醇酯加入第二溶剂中，溶解后制备得到PB...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成荫，
申请(专利权)人：北京车和家汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：