[发明专利]一种锂电池用复合隔膜及其制备方法和包括该复合隔膜的锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂电池用复合隔膜及其制备方法和包括该复合隔膜的锂电池。

背景技术

锂离子电池在大电流条件下，易导致大量锂枝晶，刺破PP、PE或者其复合膜，导致电池内部短路引发安全隐患。电池隔膜的安全性对锂离子电池，不论是高容量电池还是高功率电池的安全性都至关重要。我们知道目前商业化应用的锂电池隔膜是PP和PE双层或者三层复合隔膜，此种隔膜现在应用的一个最突出问题就是聚合物熔点一般较低，PE熔点是130摄氏度，PP熔点是180摄氏度。在滥用条件下，电池内部热量急剧增大从而使电池安全性发生极大问题。为了解决这一问题，一些科研人员在PP、PE或者其复合膜表面涂覆一层陶瓷膜，提高隔膜材料的结构稳定性、热稳定性和安全性。然而，涂覆在隔膜表面的陶瓷可能，甚至易于脱落，特别是在电芯卷绕工艺中，陶瓷粉脱落会导致一系列问题，如：脱落的陶瓷粒子造成隔膜性能不均一，影响电池性能一致性；脱落的陶瓷粒子为电解液中锂离子迁移增大阻力，不利于快充快放；脱落的陶瓷粒子可能迁移到正负极表面，影响锂离子插入和脱出。

专利CN03804638.5公开了一种包含具有大量空洞的片状柔性基材的隔膜，该基材具有所述基材表面和内部的多孔无机涂层，其中所述基材的材料选自织造或非织造不导电纤维。该隔膜的陶瓷层极其容易脱落在电解液中，从而导致一致性差以及电阻增大的问题。

专利CN200810168220.X公开了一种设置耐热绝缘层的隔膜，包括：聚烯烃层；以及耐热绝缘层，形成在所述聚烯烃层的一个或两个表面上且含有耐热树脂和抗氧化陶瓷颗粒，所述耐热绝缘层含有的所述抗氧化陶瓷颗粒的比例为60%-90%。该隔膜的陶瓷层极其容易脱落在电解液中，从而导致一致性差以及电阻增大的问题。

专利CN200910006220.4公开了一种隔膜包括包含聚烯烃树脂材料的基材层，以及至少设置在所述基材层的正极侧的表面上并包括选自由聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和聚丙烯组成的组中的至少一种的表面层，并且在所述表面层的最外表面上存在选自由芳族聚酰胺、聚酰亚胺和陶瓷组成的组中的至少一种。该隔膜的陶瓷层极其容易脱落在电解液中，从而导致一致性差以及电阻增大的问题。

发明内容

为解决现有技术中锂电池隔膜材料的结构稳定性、热稳定性和安全性不足的问题，本发明提供了一种锂电池用复合隔膜，包括至少两层聚合物纤维层以及至少一层陶瓷层，所述陶瓷层位于聚合物纤维层中间；且位于陶瓷层两侧的聚合物纤维层的厚度相同。位于聚合物纤维层中间的陶瓷材料不会脱落在电解液体系中，不影响锂离子的快速迁移，同时不会造成其粘附在正负极表面，从而不会影响锂离子的插入和脱出，更加有效地提高了锂电池用复合隔膜的性能。

本发明还提供了一种锂电池用复合隔膜的制备方法，包括步骤：将聚合物纤维层的原料浆液通过机器成型，得到一聚合物纤维层；在该聚合物纤维层上涂覆陶瓷层浆料，烘干得到陶瓷层；再在该陶瓷层与聚酯纤维层相对的另一面上涂覆与前述同样的聚合物纤维层的原料浆液，且位于陶瓷层两侧的聚合物纤维层的厚度相同，烘干，即可得到本发明所提供的锂电池用复合隔膜。

本发明还提供了一种锂电池，包括正极、负极、隔膜、电解液，其中，所述隔膜为本发明提供的复合隔膜。

本发明提供的复合隔膜性能均一，有效提高了隔膜材料的结构稳定性、热稳定性和安全性。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种锂电池用复合隔膜，包括至少两层聚合物纤维层以及至少一层陶瓷层，所述陶瓷层位于聚合物纤维层中间；且位于陶瓷层两侧的聚合物纤维层的厚度相同。

根据本发明，优选地，所述陶瓷层的材质为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂改性处理的陶瓷。

根据本发明，优选地，所述陶瓷层的陶瓷原料选自二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛、三氧化二铝中的一种或几种。

根据本发明，优选地，所述聚合物纤维层为无纺布层。本发明是在无纺布材料成型过程中，在其熔点以下20-30℃时，将经硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂改性处理的陶瓷材料涂覆于无纺布基材的表面，偶联剂在此高温下易于与无纺布基材结合，此为本领域技术人员公知常识，故陶瓷材料与无纺布的结合力非常强，相比其他技术的直接涂覆工艺，本发明复合隔膜中的陶瓷材料不易脱落。

根据本发明，优选地，所述聚合物纤维层的材质选自聚丙烯、聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯中的一种。