[发明专利]锂离子电池复合隔离膜

说明书

技术领域

本发明涉及隔离膜技术领域，特指一类以多孔聚合物涂层表面改性隔离膜基体而制备的锂离子电池复合隔离膜。

背景枝术

随着科技的快速发展，电子设备如手机，摄像机，笔记本电脑等在不断地微型化、轻薄化及多功能化，这迫使作为其能源供给的锂离子二次电池能量密度需求加快。然而，锂离子二次电池能量密度提升面临两大问题：(1)对于通过提高充电截止电压提升电池的能量密度，高截止充电电压带来的电池组件的抗氧化能力需要进一步加强；(2)单电芯的高能量或能量密度带来更高的潜在安全风险。

锂离子电池的主要部件包括正极，负极，隔离膜，电解液。隔离膜依次插入正负极之间，其功能主要为：物理隔离锂离子电池的正负极，防止内部短路发生；需要保证锂离子通过电解液均匀、自由往返于正负极之间；过高温度时隔离膜应具备微孔自闭能力，切断锂离子通路，防止电池进一步发生热失控。

因隔离膜直接与阴极接触，锂离子电池满充态时，特别对于高能量密度的高电压锂离子电池(如4.3V，4.35V)，阴极的强氧化性能可能导致聚烯烃隔离膜被氧化，特别是在高温存储或循环使用情况下，隔离膜可能失去其应有的功能；另外，过高温下聚烯烃隔离膜的收缩(在100℃下显示明显的热收缩行为)，导致电池内正负极连接短路；二者均极大地影响锂离子电池的安全性能。

为此，美国专利申请号20070072068描述了一种增强隔离膜抗氧化性方法：在隔离膜表面涂覆一层薄的聚合物层，该类聚合物具有强的抗氧化性如PVDF，PP等。阻隔隔离膜基体材料与阴极的直接接触，防止隔离膜在电池处于满充态，特别是同时处于高温时被氧化。然而，形成的聚合物改性层致密，严重影响隔离膜的孔隙及透气性，用该隔离膜所制备的锂离子电池电化学性能下降。

为改善上面提到的隔离膜透气率减小的问题，美国专利US6,881,515提出在聚合物溶液中加入增塑剂，涂布于隔离膜表面后，增塑剂在后期被抽提，从而起到成孔剂的作用；美国专利申请号20070134548描述了另一方法，即在聚合物溶液中加入挥发性差异较大的两种溶剂，难挥发者作为成孔剂。相对于前一专利方法更为经济，操作简易。另外，美国专利申请号2006/0286446通过静电纺丝的方法，聚合物以纳米纤维的方式涂覆于多孔聚烯烃隔离膜的表面，形成网状的多孔聚合物膜结构，有利于电解液的吸收和它与极片间良好的粘结。这几种隔离膜的表面处理主要应用于锂离子(凝胶)聚合物电池中，增加电解液的吸收，并未显示出对电池安全可靠性能的改善。

常用于锂离子电池的聚乙烯隔离膜，在过热条件下易于收缩，导致电池发生内短路，影响电池的安全性能。为改善隔离膜的过热收缩性质，美国专利申请号20060008700及中国CN101707242描述了一种多孔隔离膜改性方法，将无机粉末和一定量的粘结剂均匀混合后，涂覆于隔离膜表面，干燥后得到多孔无机/有机复合结构。该隔离膜的热收缩稳定性得到大大改善，并且保持了足够的锂离子传导能力。然而，无机改性层脆性大，厚度受到限制，在卷绕时容易开裂。当粘结剂含量少时，无机氧化物颗粒易脱落；而含量太高，影响孔隙率。为确保制备的锂离子电池的热稳定性能和安全性能，美国专利US7,709,152和US7,695,870进一步定义了改性混合物中粘结剂的结构性能，分别采用两种亲水性不同的聚合物粘结剂和两亲性的共聚物作粘结剂，以确保无机颗粒在锂离子电池制作过程中不脱落，影响电池安全和其它性能。然而，无机颗粒有另一固有的易吸水性质，而且该水分难于干燥除去，对于对水分特别敏感的锂离子电池来说，其电化学性能无疑会受到很大影响。

因此，有必要开发一种既能有效改善隔离膜热稳定性能及高能量锂离子电池的安全可靠性，又能保持足够的孔隙率供锂离子均匀透过和锂离子电池的电化学性能的锂离子电池隔离膜。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，而提供一种锂离子电池复合隔离膜。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

锂离子电池复合隔离膜，包括隔离膜基体，还包括粘结剂以及成堆叠结构附着在隔离膜基体的聚合物，所述的聚合物为粉末状，颗粒粒径为50nm～10μm，所述聚合物不溶或微溶于用于溶解所述粘结剂的溶剂。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和特征：

与单一的聚合物溶液涂覆成膜技术相比，本发明由于聚合物成堆叠结构附着在隔离膜基体上形成改性层，聚合物颗粒之间存在有一定的孔隙，其孔隙的大小和孔隙率可通过聚合物含量及其颗粒粒径调节，如此形成的多孔结构改性层，对隔离膜基体的透气性影响小。