[发明专利]一种电池隔膜用组合物、一种电池隔膜和一种锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池领域，尤其涉及一种电池隔膜用组合物、一种电池隔膜和一种锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池具有高能量密度、高电压、无污染、不含金属锂、循环寿命高、无记忆效应、充电速度快等特点。随着人们需求的不断提高，需要锂离子二次电池具有更高的容量和更高的性能。

锂离子二次电池中，随着电池容量以及放电倍率的增加，循环过程中容易产生枝晶，刺穿隔膜造成短路；另外，目前使用的锂离子电池隔膜主要是聚烯烃隔膜，电池发生内部短路时，局部大量发热会使聚烯烃隔膜产生热收缩，短路区域扩大，容易导致电池爆炸，电池的安全性能较低。

为了改善电池的安全性，现有技术对隔膜进行改进。例如，WO2009069928公开了一种电池隔膜的制备方法，该方法中采用丙烯酸酯封端的低聚硅氧烷作为粘合剂，将该粘合剂与无机填料混合球磨后涂覆到聚烯烃隔膜或者无纺布表面，再热引发固化即得到电池隔膜。该隔膜的热安全性得到提高，循环充放电容量保持率也更高；但存在以下缺陷：(1)由于丙烯酸酯基团的交联固化需要加入引发剂，成本较高，而且未完全反应而残留的引发剂降低电池循环性能；(2)热固化时温度较高，使隔膜产生皱缩，降低其孔隙率，离子导通率降低，因此电池循环性能降低；(3)热固化时丙烯酸酯自由基聚合反应条件苛刻，工业化实施难度高。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的电池隔膜安全性低、电池循环性能较差的技术问题。

本发明提供了一种电池隔膜用组合物，含有改性聚硅氧烷、溶剂和无机填料，所述改性聚硅氧烷具有式1所示结构：

式1

其中，n为30-100，m为30-100，x为1-5。

本发明还提供了一种电池隔膜，所述电池隔膜通过在多孔聚烯烃膜两侧涂覆隔膜用组合物并固化得到，其中，所述隔膜用组合物为本发明提供的电池隔膜用组合物。

本发明还提供了一种锂离子二次电池，该电池包括电池壳体、电极组和电解液，电极组和电解液密封在电池壳体内，电极组包括依次卷绕或叠置的正极片、隔膜和负极片，其中，所述隔膜为本发明提供的电池隔膜。

本发明的电池隔膜用组合物中含有式1所示的改性聚硅氧烷，主链段为无机硅氧链段，无机填料能均匀分布在多孔聚烯烃膜上，当温度过高使得多孔聚烯烃膜发生皱缩时，无机填料仍然能够保证正负极保持断路，从而提高电池的安全性能；另外，式1所示的改性聚硅氧烷的侧基乙氧基重复单元加强隔膜材料与电解液中锂离子的亲和性，有利于加速锂离子的通过，降低隔膜内阻，而另一侧基肉桂酰基团无需引发剂无需加热即可发生固化交联，能有效保证电池的循环性能，工业实施条件容易。

具体实施方式

本发明提供了一种电池隔膜用组合物，含有改性聚硅氧烷、溶剂和无机填料，所述改性聚硅氧烷具有式1所示结构：

式1

其中，n为30-100，m为30-100，x为1-5。

本发明中，所述改性聚硅氧烷具有式1所示结构，所述改性聚硅氧烷可以直接商购得到，也可采用现有技术中公开的方法制备得到，例如可以采用US2005271948A1公开的方法制备。具体地，包括以下步骤：(1)在催化剂Pt(0)条件下，将乙二醇单烯丙基醚和低聚乙二醇-单甲-单烯丙基醚接枝到聚甲基氢硅氧烷大分子链上；(2)在催化剂三乙胺条件下，再将侧链的羟基用肉桂酰氯进行酯化，即可得到式1所式的改性聚硅氧烷；合成反应机理如下式2所示。其中两步反应均在溶剂中进行，第(1)步反应采用的溶剂为甲苯，第(2)步采用的溶剂为四氢呋喃。

所述电池隔膜用组合物中，以1重量份的改性聚硅氧烷为基准，溶剂的含量为35-45重量份，无机填料的含量为8-12重量份；优选情况下，溶剂的含量为38-42重量份，无机填料的含量为9-11重量份。

所述溶剂为本领域技术人员常用的各种易挥发溶剂，例如可以选自丙酮、四氢呋喃、甲苯中的一种。

式2

所述无机填料为无机氧化物和/或无机盐。根据本发明提供的组合物，在优选情况下，所述无机填料具有良好的亲油性质和较大的比表面积，并且不溶解于有机电解液中。无机填料的比表面积优选为1-4000m²/g，更优选为5-50m²/g。为了使本发明的电池隔膜用组合物的成分在多孔聚烯烃膜层中更为均匀、且固体颗粒更容易分散，优选情况下，无机填料的平均粒径为100-1000nm，更优选为300-500nm。