一种多孔膜及其制备方法和应用与流程

专利2025-12-23  17


本发明属于材料领域,涉及一种多孔膜及其制备方法和应用。


背景技术:

1、商业化的锂离子电池目前主要使用的是有机液体电解质。但是由于有机溶剂具有易燃、易泄露、易挥发等特点,电池过充和短路等潜在风险使得液态有机电解质锂离子电池在使用中存在一定的安全隐患。而全固态锂电池有望解决液态锂电池中存在的电解液泄露、燃烧和锂枝晶刺穿隔膜导致的短路等安全问题。

2、目前主流的固态电解质膜采用通常是对薄膜进行打孔后获得,常规的激光打孔是利用高功率密度的激光束照射被加工材料,使材料很快被加热至汽化温度,蒸发形成孔洞。然而采用直接打孔的方式形成的孔直通性较高,得到的多孔膜应用于隔膜中保液率较差,容易造成较高的电池短路率和明显的自放电现象。


技术实现思路

1、本发明提供一种多孔膜,该多孔膜特定的复合结构和孔隙结构,应用于电解质膜中有利于减少正负极的接触概率和电池的自放电现象,并能提升隔膜的保液率,使电池的安全性能和循环性能得到改善。

2、本发明还提供一种多孔膜的制备方法,该方法采用紫外激光打孔形成多孔膜,能够高效制备得到多孔膜,且该多孔膜在满足特定孔隙结构的同时还具有较高的表面平整度和机械强度。

3、本发明还提供一种电解质膜和电池,由于该电解质膜包括上述多孔膜,因此其自身具有较高的保液率,还可避免电池的自放电现象和正负极接触导致的短路,使电池具有较高的安全性能和循环性能。

4、本发明提供一种多孔膜,包括依次层叠设置的第一多孔膜层、第二多孔膜层和第三多孔膜层;

5、所述第一多孔膜层包括第一通孔、所述第二多孔膜层包括第二通孔、所述第三多孔膜层包括第三通孔;

6、所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔同轴设置且所述第二通孔的孔径大于所述第一通孔和所述第三通孔的孔径。

7、如上所述的多孔膜,其中,所述第二多孔膜层的厚度为所述第一多孔膜层和/或所述第三多孔膜层厚度的1~10倍。

8、如上所述的多孔膜,其中,所述第一通孔和/或所述第三通孔的孔径与所述第二通孔孔径的比值大于等于0.1且小于1。

9、如上所述的多孔膜,其中,所述第二多孔膜层包括紫外线吸收剂;

10、优选的,所述第二多孔膜层中所述紫外线吸收剂的质量含量为0.1%~2%。

11、如上所述的多孔膜,其中,所述第一多孔膜层、所述第二多孔膜层和所述第三多孔膜层的材质各自独立地包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯并咪唑中的一种或多种。

12、本发明第二方面提供一种如上所述的多孔膜的制备方法,包括以下步骤:

13、1)将至少三层聚合物熔体共挤出流延或吹塑,得到复合膜;其中,位于中间层的聚合物熔体的紫外吸收能力强于位于表层的聚合物熔体;

14、2)采用紫外激光光源对所述复合膜进行激光打孔处理,得到所述多孔膜。

15、如上所述的制备方法,其中,位于中间层的聚合物熔体的紫外线吸收剂的含量大于位于表层的聚合物熔体;

16、优选的,位于中间层的的紫外线吸收剂的质量含量为0.1%~2%。

17、如上所述的制备方法,其中,所述紫外激光光源选自稀有气体准分子激光、稀有气体卤化物准分子激光、卤素气体准分子激光中的一种或多种;

18、和/或,所述激光打孔处理的单光源功率为0.5w~20w。

19、本发明第三方面提供一种电解质膜,包括本发明第一方面所提供的多孔膜或者采用本发明第二方面提供的制备方法制得的多孔膜。

20、本发明第四方面提供一种电池,包括本发明第三方面提供的电解质膜。

21、本发明的实施,至少具有以下优势:

22、1)本发明提供的多孔膜,具有依次层叠的第一多孔膜层、第二多孔膜层和第三多孔膜层的复合结构,其中,位于中间的第二多孔膜层中的第二通孔的孔径大于与其同轴设置的第一多孔膜层中的第一通孔和第三多孔膜层中第三通孔的孔径,能够使多孔膜的孔隙具有一定的曲折度,将其应用于电解质膜中可减少正负极的接触概率和电池的自放电现象,从而使电池具有更高的安全性能,并且该多孔膜中间层孔隙大,上下表层孔隙小的结构有利于电解液的储存,有利于提升隔膜的保液率,改善电池的循环性能。

23、2)本发明提供的多孔膜的制备方法,通过选用紫外吸收能力强的膜材作为中间层,再采用紫外激光打孔方式得到的多孔膜,能够高效的制备得到多孔膜,且由于紫外激光较低的热效应,可避免多孔膜表面的熔体堆积,使制得的多孔膜具有较高的表面平整度和机械强度。

24、3)本发明提供的电解质膜,由于包括上述具有一定孔隙度的多孔膜,因此该隔膜可减少正负极的接触概率和电池的自放电现象,从而使电池具有更高的安全性能,并且该多孔膜中间层膜相比于上下表层膜具有更大孔径的孔隙,更有利于电解液的储存。

25、4)本发明提供的电池具有安全性能高、循环性能好的优势。



技术特征:

1.一种多孔膜,其特征在于,包括依次层叠设置的第一多孔膜层、第二多孔膜层和第三多孔膜层;

2.根据权利要求1所述的多孔膜,其特征在于,所述第二多孔膜层的厚度为所述第一多孔膜层和/或所述第三多孔膜层厚度的1~10倍。

3.根据权利要求1所述的多孔膜,其特征在于,所述第一通孔和/或所述第三通孔的孔径与所述第二通孔的孔径的比值大于等于0.1且小于1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多孔膜,其特征在于,所述第二多孔膜层包括紫外线吸收剂;

5.根据权利要求1-4任一项所述的多孔膜,其特征在于,所述第一多孔膜层、所述第二多孔膜层和所述第三多孔膜层的材质各自独立地包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚苯并咪唑中的一种或多种。

6.一种权利要求1-5任一项所述的多孔膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

7.根据权利要求6所述的多孔膜的制备方法,其特征在于,位于中间层的聚合物熔体的紫外线吸收剂的含量大于位于表层的聚合物熔体;

8.根据权利要求6或7所述的多孔膜的制备方法,其特征在于,所述紫外激光光源选自稀有气体准分子激光、稀有气体卤化物准分子激光、卤素气体准分子激光中的一种或多种;

9.一种电解质膜,其特征在于,包括权利要求1-5任一项所述的多孔膜或者采用权利要求6-8任一项所述的制备方法制得的多孔膜。

10.一种电池,其特征在于,包括权利要求9所述的电解质膜。


技术总结
本发明提供一种多孔膜及其制备方法和应用。本发明的多孔膜包括依次层叠设置的第一多孔膜层、第二多孔膜层和第三多孔膜层;所述第一多孔膜层包括第一通孔、所述第二多孔膜层包括第二通孔、所述第三多孔膜层包括第三通孔;所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔同轴设置且所述第二通孔的孔径大于所述第一通孔和所述第三通孔的孔径。本发明的多孔膜,通过特定结构的限定,减少正负极的接触概率和电池的自放电现象,从而使电池具有更高的安全性能,并且该多孔膜中间层孔隙大,上下表层孔隙小的结构有利于电解液的储存,有利于提升隔膜的保液率,改善电池的循环性能。

技术研发人员:郭辰,褚泽绵,聂明展,姚大华,谢炎坤,王艳杰,熊迪,吴仲马,林于琳
受保护的技术使用者:深圳市星源材质科技股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
转载请注明原文地址:https://xbbs.6miu.com/read-28502.html