CN110299498A - 一种锂电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂电池隔膜，包括聚合物微孔层和镀膜层，所述的镀膜层镀于聚合物微孔层的单面或双面，所述的镀膜层为无机材料。其制备方法为，S1：将聚合物微孔膜放入真空镀膜机舱体中的镀膜转台上；S2：通过电子枪将无机材料单面或双面镀于聚合物微孔膜上；S3：重复S2步骤，实现多层无机材料的叠加，控制镀膜层的厚度为0.02～8微米。与现有技术相比，本发明中无机复合材料层通过真空镀膜使其蒸发并凝结于聚合物微孔层表面而形成镀膜层，不含有机基质材料，通过真空镀膜上去，更能形成致密的金属或金属氧化物涂层，使该复合材料至少阻挡电解液晶体生产防止穿刺并防止电池短路，其穿刺强度可达1340g以上，远高于市场中的现有产品。

Description

一种锂电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池隔膜技术领域，尤其是涉及一种锂电池隔膜及其制备方法。
背景技术
作为锂电池的关键材料，隔膜在其中起到重要电子隔绝的作用，阻止正负极直接接触，同时允许电解液中的锂离子自由通过，对电池的安全起到至关重要的作用。
随着锂电池充电电池容量的不断提高，内部蓄积能量引发电池温度提高，更容易导致隔膜融化造成短路，因此需要提高锂电池隔膜的隔热、耐形变、耐穿刺力等特性，因此，亟需从整体上重新设计一种新的锂电池隔膜，提高现在锂电隔膜的综合性能，使其更能满足锂电池发展的需要。
CN104022249B公开了一种三层锂电池隔膜及其制备方法，隔膜采用三层共挤工艺制备得到，隔膜包括外层、中间层和内层，外层是由92～93％聚丙烯A组分、5～6％聚丙烯B组分和1～3％补强剂组分为原料制备而成，中间层是由83～86％聚乙烯A组分、13～14％聚乙烯B组分和1～4％添加剂组分为原料制备而成，内层是由93～95％聚丙烯A组分、3～4％聚丙烯C组分和1～4％补强剂组分为原料制备而成；其制备方法包括：a)混料、吸料步骤，b)挤出、拉伸步骤，c)烘烤步骤，d)拉伸步骤。该技术方案中的三层膜材料均采用高分子材料，并且采用的制备方法为拉伸-烘烤-拉伸的方式，因为通过两次拉伸过程得到，导致其膜材料的力学强度分布不均，容易因为穿刺强度、拉伸强度的不均匀分布从而造成局部结构损伤，影响锂电池的整体寿命。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种锂电池隔膜及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种锂电池隔膜，包括聚合物微孔层和镀膜层，所述的镀膜层镀于聚合物微孔层的单面或双面，所述的镀膜层为无机材料。
进一步地，所述的镀膜层的厚度为0.02～8微米。
进一步地，所述的镀膜层为无机金属材料或无机非金属材料。
进一步地，所述的镀膜层为三氧化二铝、氧化锆、氧化锌、碳化硅、氮化硼、氧化铬或二氧化硅中的一种或者两种镀膜的叠加。
进一步地，所述的聚合物微孔层由单层聚合物膜或者多层聚合物膜叠加而成。
进一步地，所述的聚合物微孔层由聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、芳纶、尼龙、PVC、橡胶等微孔膜中的一种或几种的叠加而成。
进一步地，所述的聚合物微孔层的孔隙率为20～80％，平均孔径为0.02～2微米，Gurley Number在10-150秒内，所述的微孔层用于控制阴极和阳极之间的电解液离子流动。
本发明中上述锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
S1：将聚合物微孔膜放入真空镀膜机舱体中的镀膜转台上；
S2：通过电子枪将无机材料单面或双面镀于聚合物微孔膜上，构成无机复合层；
S3：重复S2步骤，实现多层无机材料的叠加，控制镀膜层的厚度为0.02～8微米。
进一步地，S3步骤中，采用的多层无机材料可为不同的无机材料。
进一步地，S2步骤中无机复合层为无机颗粒、片材、粉体或液体中的一种或几种组合使用，无机材料通过镀膜的方式在聚合物微孔膜表面或者已经镀好的无机材料表面形成致密保护层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本技术方案中无机复合材料层通过真空镀膜使其蒸发并凝结于聚合物微孔层表面而形成镀膜层，与陶瓷无机颗粒和基质材料复合相比，不含有机基质材料，通过真空镀膜上去，更能形成致密的金属或金属氧化物涂层，使该复合材料至少阻挡电解液晶体生产防止穿刺并防止电池短路，其穿刺强度可达1340g以上，远高于市场中的现有产品；在电池热失控上升的过程中，聚合物层能阻挡阴极和阳极的电解液离子流动，而镀膜层与聚合物层得组合使得整体结构的拉伸强度显著提高，这样会进一步对阴极和阳极的电解液离子流动进行阻隔。
2)本发明采用的向聚合物微孔层表面镀膜的技术方案，其在工业化生产过程中易控制厚度，制备得到的镀膜层厚度、孔隙率及透气性能均一，使得力学性能均一，不会因为局部应力集中而出现结构损伤。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
取出8微米聚乙烯微孔膜放入真空镀膜机舱体中进行镀膜，将舱体内至真空转台下通过电子枪将三氧化二铝蒸发至聚乙烯微孔膜上，反复几次，总膜厚控制9微米，镀膜结束后获得本发明所需要的锂电池隔膜。参见表1，本实施例产品105℃1h热收缩值优异，仅为0.6，远小于SW16的1.8，可见受热时其结构稳定；穿刺强度可达1300g；透气率到达259s/100ml，各项性能均远超现有市场上SW16和SW20产品。
实施例2
取出10微米聚乙烯微孔膜，其上涂覆1微米氯化聚丙烯或其他附着力促进剂，放入烘箱干燥，干燥完毕将聚乙烯微孔膜放入真空镀膜机舱体至真空镀膜转台下通过电子枪将三氧化二铝蒸发至聚乙烯微孔膜上，反复几次，膜厚控制在12～13微米，镀膜结束后获得本发明所需要的锂电池隔膜。参见表1，本实施例产品透气率到达287s/100ml；穿刺强度可达1280g；面电阻小，仅为0.3Ω·cm2，因此说明其隔热效果优异；拉伸强度表现优异，达到2500Kgf/m2，各项性能均远超现有市场上SW16和SW20产品。
实施例3
取出13微米的PET微孔膜上，涂覆1微米真空镀膜附着力催进剂，涂覆完毕，把PET膜放入真空镀膜机舱体中进行镀膜，交替镀氧化锆和三氧化二铝，正反两面都进行镀膜，反复几次，每面膜厚控制在2～4微米，总膜厚在16微米，镀膜结束获得本发明所需要的锂电池隔膜。参见表1，本实施例产品拉伸强度表现优异，达到2500Kgf/m2；105℃1h热收缩值优异，仅为0.49，远小于SW16的1.8，可见受热时其结构稳定；穿刺强度可达1340g，可见其具有优异的结构强度；各项性能均远超现有市场上SW16和SW20产品。
实施例4
取出17微米的PET微孔膜上，涂覆1～2微米真空镀膜附着力催进剂，涂覆完毕，把PET膜放入真空镀膜机舱体中进行镀膜，交替镀氧化锆和三氧化二铝，正反两面都进行镀膜，反复几次，每面膜厚控制在2～4微米，总膜厚在20微米，镀膜结束获得本发明所需要的锂电池隔膜。参见表1，本实施例产品拉伸强度表现优异，达到3000Kgf/m2；透气率到达259s/100ml；穿刺强度可达1290g；各项性能均远超现有市场上SW16和SW20产品。
表1上述各个实施例中制备获得
通过上述测试结果显示可知，与对比例陶瓷SW16、SW20相比，本申请的实施例1-4制备的真空镀隔膜在穿刺强度、抗拉强度抗热收缩性能上明显优于市场现有产品中的SW16、SW20产品。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池隔膜，其特征在于，包括聚合物微孔层和镀膜层，所述的镀膜层镀于聚合物微孔层的单面或双面，所述的镀膜层为无机材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜，其特征在于，所述的镀膜层的厚度为0.02～8微米。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜，其特征在于，所述的镀膜层为无机金属材料或无机非金属材料。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜，其特征在于，所述的镀膜层为三氧化二铝、氧化锆、氧化锌、碳化硅、氮化硼、氧化铬或二氧化硅中的一种或者两种镀膜的叠加。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜，其特征在于，所述的聚合物微孔层由单层聚合物膜或者多层聚合物膜叠加而成。
6.根据权利要求5所述的一种锂电池隔膜，其特征在于，所述的聚合物微孔层由聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、芳纶、尼龙、PVC、橡胶等微孔膜中的一种或几种的叠加而成。
7.根据权利要求5所述的一种锂电池隔膜，其特征在于，所述的聚合物微孔层的孔隙率为20～80％，平均孔径为0.02～2微米。
8.一种权利要求1中所述锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将聚合物微孔膜放入真空镀膜机舱体中的镀膜转台上；
S2：通过电子枪将无机材料单面或双面镀于聚合物微孔膜上，构成无机复合层；
S3：重复S2步骤，实现多层无机材料的叠加，控制镀膜层的厚度为0.02～8微米。
9.根据权利要求8所述的一种锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，S3步骤中，采用的多层无机材料可为不同的无机材料。
10.根据权利要求9所述的一种锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，S2步骤中无机复合层为无机颗粒、片材、粉体或液体中的一种或几种组合使用，无机材料通过镀膜的方式在聚合物微孔膜表面或者已经镀好的无机材料表面形成致密保护层。
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