高孔隙率復合隔膜及其制備方法、高功率電池技術

本發明專利技術提供了一種高孔隙率復合隔膜及其制備方法、高功率電池，本發明專利技術的有益效果在于提供了一種高孔隙率復合隔膜，其隔膜的具備孔隙率大于58%，增加了隔膜中存儲電解液量的空間，并增強鋰離子在隔膜中的穿過能力。此外隔膜還可具備150度收熱縮率小于2%的高性能，且該隔膜具有很好的電化學性能。

【技術實現步驟摘要】
高孔隙率復合隔膜及其制備方法、高功率電池
本專利技術涉及鋰離子電池領域，尤其是指一種高孔隙率復合隔膜及其制備方法、高功率電池。
技術介紹
鋰離子電池通常都是由正極負極材料、電解質和隔膜組成，在鋰離子電池正極和負極之間的隔膜是鋰離子電池的重要組成部分。鋰離子電池中隔膜主要作用是:(I)隔絕正、負極并使電池內部電子不能自由穿過；(2)能夠讓電解質液體中的離子在正負極間自由通過。隔膜中鋰離子的傳導能力直接關系到鋰電電池的整體性能，大電流充放電下對鋰離子導通能力要求更強，隔膜的孔隙率就直接影響著鋰離子的傳導能力，孔隙率越大，離子傳導能力越強，電池內阻越低，大電流充放電能力越好。在大電流充放電下或電池異常情況下，電池內部溫度較高，一般的聚烯烴隔膜很容易出現因收縮過大而造成電池內部正負極大面積短路，發生安全事故。另外，鋰離子電池在高倍率或大電流充放電下，孔隙率低的隔膜易導致金屬鋰在負極表面沉積，形成大量枝晶。這些枝晶長到一定時候刺穿隔膜，造成電池內部短路從而引發安全隱患；因而，可以說，高性能隔膜是構建安全性高功率鋰離子電池的關鍵組件之一。常見的鋰離子電池隔膜主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、以及PP/PE/PP三層隔膜。聚合物隔膜質輕，具有良好的電子絕緣性能，其不足是聚合物一般熔點較低，電池在高倍率放電或發生熱濫用的時候，電池內部的熱積聚使聚合物隔膜易發生熱收縮變形，從而引發正負極直接接觸短路。且常規隔膜的孔隙率在35%-40%之間，大電流放電性能較差。高功率鋰電池的特點是:在短時間內可得到大量的能量。在高電流密度下，不應有電壓的中斷。一般通過使負極和正極活性材料最佳化，同時，電池中使用的隔膜應該具有較高的離子傳導能力，使電池具有盡可能低的內阻。如前所述，普通隔膜在這些參數上已達到了無法逾越的技術極限。目前有人采用在隔膜表面涂覆三氧化二鋁形成的復合隔膜能有效提升電池安全性能，但是這種隔膜的制備方法需要使用大量的有機毒性溶劑，對生產成本及環境要求較高。而且大多數這種方式制備的復合隔膜的孔隙率不高，對電池的大電流充放電性能沒有幫助。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服了上述缺陷，提供一種簡單、低成本、環境友好、易于工業化生產的高孔隙率復合隔膜及其制備方法、高功率電池。本專利技術的目的是這樣實現的:一種高孔隙率復合隔膜，它包括薄膜基材，于薄膜基材兩側表面分別設有涂層；所述涂層具有多孔結構，所述孔徑為20-100納米；所述涂層成分為納米無機物與高分子聚合物的復合物；所述有機高分子聚合物成分包括粘結劑與分散劑；上述結構中，所述薄膜基材為聚乙烯微孔膜。上述結構中，所述薄膜基材厚8-12繆米，涂層厚4-8繆米。上述結構中，所述涂層的納米無機物的平均粒徑不大于1000納米。上述結構中，所述涂層的納米無機物占比例不小于90%。上述結構中，所述有機高分子聚合物成分包括粘結劑與分散劑；所述粘結劑為丙烯酸酯共聚物、丙烯酸酯-苯乙烯共聚物和丁二烯-苯乙烯共聚物中的一種或幾種。上述結構中，述有機高分子聚合物成分包括粘結劑與分散劑；所述分散劑分子量為 5.0XlO3 ?30.0XlO50本專利技術還涉及一種高功率電池，它包括外殼，封裝其內的電芯和電解液；所述電芯由正極、隔膜、負極卷繞或者層疊而成；其改進之處在于:所述隔膜為如上所述的高孔隙率復合隔膜。本專利技術還涉及一種高孔隙率復合隔膜制備方法，它包括步驟A)、將分散劑溶解于去離子水中形成水溶液；B)、將納米無機物分散在水溶液中形成懸浮物；C)、于懸浮物中加入粘結劑和造孔劑形成涂覆漿料；所述涂覆漿料中，去離子水占45?50wt% (質量百分比)，造孔劑占12?18wt%，納米無機物占36?38wt%，粘結劑占1.6 ?3.6wt%,分散劑占 0.2 ?0.8wt% ；D)、將漿料均勻涂覆在薄膜基材的兩側表面形成產物；E)、將產物放置送風烘烤形成高孔隙率復合隔膜；上述方法中，所述造孔劑優選為異丙醇和N-甲基吡咯烷酮中的一種或兩種。上述方法中所述步驟B具體為，將納米無機物加入溶液中并以轉速為2000?3500轉/分鐘進行攪拌1-4小時，然后進行超聲分散10-30分鐘；所述步驟C具體為，加入粘著劑乳液與造孔劑溶劑以600?1500轉/分鐘攪拌0.5?1.5小時。上述方法中所述步驟D具體為，將涂覆漿料通過浸潰或滾涂式或噴涂的方式分別涂覆在薄膜基材的上下兩側表面形成產物；所述步驟E具體為，鼓風以38?50攝氏度，10-40立方米/小時對所述產物進行干燥5?10分鐘。相比于常見的隔膜及其制備工藝，本專利技術的有益效果在于提供了一種高孔隙率復合隔膜，其隔膜的具備孔隙率大于58%，增加了隔膜中存儲電解液量的空間，并增強鋰離子在隔膜中的穿過能力。此外隔膜還可具備150度收熱縮率小于2%的高性能，且該隔膜具有很好的電化學性能。【附圖說明】下面結合附圖詳述本專利技術的具體結構圖1為本專利技術的應用實驗測試數據。【具體實施方式】為詳細說明本專利技術的
技術實現思路
、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。本專利技術涉及一種高孔隙率復合隔膜，它包括薄膜基材，于薄膜基材兩側表面分別設有涂層；所述涂層具有多孔結構，所述孔徑為20-100納米；所述涂層成分為納米無機物與高分子聚合物的復合物；所述有機高分子聚合物成分包括粘結劑與分散劑。區別于常見的隔膜，本產品在涂層內部分布有20-100繆米不同孔徑大小的多孔結構，從而可提顯著提高復合隔膜的孔隙率，增加復合隔膜中存儲電解液量的空間，并增強鋰離子在復合隔膜中的穿過能力。上述薄膜基材可采用本領域中公知的超薄聚烯烴微孔膜，在一實施例中，本專利采用聚乙烯微孔膜作為薄膜基材，聚乙烯微孔膜優點在本身作為基材而言更薄，且孔隙率更均勻。整體而言，高孔隙率復合隔膜中的薄膜基材越薄，其兩側表面可涂覆的涂層即可越厚，而涂層厚了，其內多孔的空隙率機會越高，可吸收更多電解液。然而，薄膜基材也不可過薄，因此，通過大量反復實驗，作為一實施例，上述中薄膜基材厚8-12繆米，而涂層則對應可選擇厚4-8繆米，即兩面的涂層加起來厚度可達到8-16繆米，由此可達到最佳的平衡效果。作為一實施例，上述結構中，所述涂層的納米無機物占比例不小于90%。由此可使得復合物的涂層耐熱性能較好，可明顯提高純有機物的薄膜基材的耐熱性能，使得整個高孔隙率復合隔膜具有較好的熱穩定性，可顯著降低電池由熱引發的安全隱患。作為一實施例，上述涂層的納米無機物的平均粒徑不大于1000納米。納米無機物平均粒徑小可使得孔分布更集中。作為一實施例，上述納米無機物在本領域常見可選范圍內優選A1203、ZrO2和TiO2中一種或幾種。作為一實施例，所述有機高分子聚合物成分包括粘結劑與分散劑。為了和薄膜基材形成更好的鋪展效果，粘結劑在本領域常見可選范圍內優選:丙烯酸酯共聚物、丙烯酸酯-苯乙烯共聚物和丁二烯-苯乙烯共聚物中的一種或幾種。作為一實施例，有機高分子聚合物成分中的分散劑的分子量為5.0 X IO3?30.0X IO5,較大分子量的分散劑可在保證效果的基礎上消耗更少分量的分散劑。作為一實施例，上述分散劑在本領域常見可選范圍內優選羧甲基纖維素鈉和羥基丙烯酸酯均聚物中的一種或幾種。本專利技術還涉及一種高功率電池，它包括外殼，封裝其內的電芯和電解液；所述電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高孔隙率復合隔膜，其特征在于：它包括薄膜基材，于薄膜基材兩側表面分別設有涂層；所述涂層具有多孔結構，所述孔徑為20?100納米；所述涂層成分為納米無機物與高分子聚合物的復合物；所述有機高分子聚合物成分包括粘結劑與分散劑。

【技術特征摘要】
1.一種高孔隙率復合隔膜，其特征在于:它包括薄膜基材，于薄膜基材兩側表面分別設有涂層；所述涂層具有多孔結構，所述孔徑為20-100納米；所述涂層成分為納米無機物與高分子聚合物的復合物；所述有機高分子聚合物成分包括粘結劑與分散劑。2.如權利要求1所述的高孔隙率復合隔膜，其特征在于:所述薄膜基材為聚烯烴膜，厚度為8-12繆米，涂層厚8-16繆米。3.如權利要求1所述的高孔隙率復合隔膜，其特征在于:所述納米無機物為A1203、TiO2, CaCO3等一種或幾種，平均粒徑不大于1000納米，在涂層中所占比例不小于90%。4.如權利要求1所述的高孔隙率復合隔膜，其特征在于:所述有機高分子聚合物成分包括粘結劑與分散劑；所述分散劑分子量為5.0X IO3?30.0X 105。5.如權利要求4所述的高孔隙率復合隔膜，其特征在于:所述粘結劑為丙烯酸酯共聚物、丙烯酸酯-苯乙烯共聚物和丁二烯-苯乙烯共聚物中的一種或幾種。6.一種高功率電池，它包括外殼，封裝其內的電芯和電解液；所述電芯由正極、隔膜、負極卷繞或者層疊而成；其特征在于:所述隔膜為如權利要求1-5任意一項所述的高孔隙率復合隔膜。7.一種高孔隙率復合隔膜制備方法，其特征在于:它包括步驟 A)、將分散劑溶解于去...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李斌，朱繼濤，
申請(專利權)人：深圳市慧通天下科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：