一种芳纶复合锂离子电池隔膜的制作方法

本实用新型属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种芳纶复合锂离子电池隔膜。

背景技术：

随着锂离子电池向电动汽车、航空航天、大型仪器仪表和能源储存等动力领域的发展，对电池的综合性能提出了更高的要求，锂离子电池的安全性问题显得尤为重要，尤其是电池内部短路问题。隔膜是锂离子电池中不可或缺的组成部分，其作用是防止正负极接触发生短路，并且为锂离子在电解液中迁移提供通道。

目前市场上应用最广泛的锂离子电池隔膜是传统的聚烯烃隔膜，虽然其具有机械性能良好、化学稳定性好和廉价等优点，但是其较差的热稳定性会影响正负电极间的隔离，甚至会引起安全事故的发生。为了改善传统聚烯烃在锂离子电池应用上的综合性能，研究者开发了有机-无机(陶瓷)复合锂离子电池隔膜，国内市场上常见的有陶瓷涂覆膜，即在聚烯烃隔膜上直接涂覆单层或双层的水溶性纳米陶瓷溶液，然后低温烘干。此类陶瓷涂覆隔膜虽然可以一定程度上的提高隔膜的耐高温性，但是聚烯烃层与陶瓷涂覆层因为界面结合强度弱，使得陶瓷涂覆层在电池使用过程中发生部分或者大面积脱落，不仅不能提高锂离子电池隔膜的安全性，反而影响锂离子电池的电池性能。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提出一种芳纶复合锂离子电池隔膜。该复合锂离子电池隔膜可有效解决陶瓷涂层脱落、不耐温以及锂离子电池因隔膜造成的安全问题，并且该锂离子电池隔膜孔隙率高，改善隔膜对电解液的浸润性，提高锂离子电池的循环性能。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种芳纶复合锂离子电池隔膜，所述隔膜包括聚烯烃基质微孔膜和位于所述聚烯烃基质微孔膜上表面和/或下表面的芳纶复合层。

作为优选，所述聚烯烃基质微孔膜为厚度5-40μm、孔隙率30-80％的聚烯烃隔膜，包括聚PE锂电池隔膜、PP锂电池隔膜、或包含PP/PE/PP的至少三层复合锂电池隔膜中的一种。

作为优选，所述芳纶复合层包括芳纶静电纺丝层和位于芳纶静电纺丝层上表面的芳纶湿法微孔膜层。

作为优选，所述芳纶静电纺丝层是由芳纶聚合体的溶液经静电纺丝成芳纶静电纺丝层，且在所述芳纶静电纺丝层中的三维网状孔中分散有无机陶瓷颗粒。

作为优选，所述芳纶为间位芳纶或对位芳纶中的一种或两种，所述芳纶的分子量为5000-200000Da。

作为优选，所述芳纶静电纺丝是由芳纶、溶剂、助溶剂组成的纺丝溶液静电纺丝而成，所述芳纶静电纺丝层为1-10μm，静电纺丝形成的芳纶纤维直径在80-160μm，形成的三维网状孔孔隙率为50-90％。

作为优选，所述无机陶瓷颗粒为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氧化锌或氧化钡中的任意一种或几种，粒径为0.01-1μm。

作为优选，所述芳纶湿法微孔膜层是由芳纶聚合体的铸膜液经相转换法成的芳纶微孔膜，所述芳纶湿法微孔膜层厚度为0.5-10μm，所述芳纶微孔膜中形成有互相连通的胞腔状孔结构，孔隙率为50-80％。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

本实用新型由于采取上述技术方案，其具有以下优点：

1、耐高温性好：由于聚烯烃基质微孔膜上表面或下表面和下表面的芳纶复合层的存在，提高了锂离子电池隔膜的耐高温性能，减小了高温下的热收缩。

2、安全性能好：芳纶静电纺丝层中的三维网络孔结构可以有效固定住无机陶瓷颗粒，且芳纶湿法微孔膜层进一步防止了无机陶瓷颗粒的脱落，提高锂离子电池的安全性能。

3、孔隙率高：芳纶静电纺丝层和芳纶湿法微孔膜层的孔隙率都比较高，从而改善聚烯烃隔膜对电解液的浸润性，提高锂离子电池的循环性能。

附图说明

图1为实施例1芳纶复合锂离子电池隔膜的结构示意图；

图2为实施例4芳纶复合锂离子电池隔膜的结构示意图；

图中，1为聚烯烃基质微孔膜层，2为芳纶静电纺丝层，3为芳纶湿法微孔膜层，4为无机陶瓷颗粒，5为芳纶静电纺丝层中三维网络孔,6为芳纶湿法微孔膜层中的孔。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，将15g芳纶短纤，2g氯化锂加到83g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，在80℃油浴中机械搅拌8h直至芳纶完全溶解，得到浓度为15wt％的芳纶纺丝液。将配置好的芳纶纺丝液注入到塑料注射器中，用静电纺丝设备进行纺丝，以聚烯烃基质微孔膜层1上表面为接收层。在真空烘箱中70℃下干燥2h，以除去多余溶剂，得到芳纶静电纺丝层2，形成三维网络孔5。在芳纶静电纺丝层上涂覆一层水性氧化铝纳米颗粒4，在空气中干燥。

将2g芳纶短纤，5g PEG 2000溶解在44g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，在80℃油浴中机械搅拌4h直至芳纶完全溶解，得到浓度为2wt％的芳纶铸膜液。将配置好的芳纶铸膜液倾倒在上述膜上，用刮刀刮膜后，置于塑化浴中进行相转换法成膜3(芳纶湿法微孔膜层3中形成互相连通的胞腔状孔6)，然后浸入水浴中，洗去残留的PEG 2000，在干燥箱中60℃下干燥2h，即可得到本实用新型的芳纶复合锂离子电池隔膜。

实施例2

将10g芳纶短纤，5g氯化锂加到85g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，在80℃油浴中机械搅拌8h直至芳纶完全溶解，得到浓度为10wt％的芳纶纺丝液。将配置好的芳纶纺丝液注入到塑料注射器中，用静电纺丝设备进行纺丝，以聚烯烃基质微孔膜层1上表面为接收层。在真空烘箱中70℃下干燥2h，以除去多余溶剂，得到芳纶静电纺丝层2，形成三维网络孔5。在芳纶静电纺丝层上涂覆一层水性氧化铝纳米颗粒，在空气中干燥。

将2g芳纶短纤，5g PEG 2000溶解在44g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，在80℃油浴中机械搅拌4h直至芳纶完全溶解，得到浓度为2wt％的芳纶铸膜液。将配置好的芳纶铸膜液倾倒在上述膜上，用刮刀刮膜后，置于塑化浴中进行相转换法成膜3(芳纶湿法微孔膜层3中形成互相连通的胞腔状孔6)，然后浸入水浴中，洗去残留的PEG 2000，在干燥箱中60℃下干燥2h，即可得到本实用新型的芳纶复合锂离子电池隔膜。

实施例3

将15g芳纶短纤，2g氯化锂加到83g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，在80℃油浴中机械搅拌8h直至芳纶完全溶解，得到浓度为15wt％的芳纶纺丝液。将配置好的芳纶纺丝液注入到塑料注射器中，用静电纺丝设备进行纺丝，以聚烯烃基质微孔膜层1上表面为接收层。在真空烘箱中70℃下干燥2h，以除去多余溶剂，得到芳纶静电纺丝层2，形成三维网络孔5.在芳纶静电纺丝层上涂覆一层水性氧化铝纳米颗粒，在空气中干燥。

将4g芳纶短纤，5g PEG 2000溶解在41g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，在80℃油浴中机械搅拌4h直至芳纶完全溶解，得到浓度为4wt％的芳纶铸膜液。将配置好的芳纶铸膜液倾倒在上述膜上，用刮刀刮膜后，置于塑化浴中进行相转换法成膜3(芳纶湿法微孔膜层3中形成互相连通的胞腔状孔6)，然后浸入水浴中，洗去残留的PEG 2000，在干燥箱中60℃下干燥2h，即可得到本实用新型的芳纶复合锂离子电池隔膜。

实施例4

如图2所示，将15g芳纶短纤，2g氯化锂加到83g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，在80℃油浴中机械搅拌8h直至芳纶完全溶解，得到浓度为15wt％的芳纶纺丝液。将配置好的芳纶纺丝液注入到塑料注射器中，用静电纺丝设备进行纺丝，以聚烯烃基质微孔膜层1上表面和下表面为接收层。在真空烘箱中70℃下干燥2h，以除去多余溶剂，得到芳纶静电纺丝层2，形成三维网络孔5。在芳纶静电纺丝层的上表面和下表面分别涂覆一层水性氧化铝纳米颗粒，在空气中干燥。

将2g芳纶短纤，5g PEG 2000溶解在44g N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，在80℃油浴中机械搅拌4h直至芳纶完全溶解，得到浓度为2wt％的芳纶铸膜液。将配置好的芳纶铸膜液倾倒在上述膜上，用刮刀先后在陶瓷涂层上表面和下表面刮膜后，置于塑化浴中进行相转换法成膜3(芳纶湿法微孔膜层3中形成互相连通的胞腔状孔6)，然后浸入水浴中，洗去残留的PEG 2000，在干燥箱中60℃下干燥2h，即可得到本实用新型的芳纶复合锂离子电池隔膜。