[发明专利]有机/无机复合多孔薄膜及使用此薄膜的电化学储能装置

说明书

技术领域

本发明属于电化学储能领域，尤其是一种有机/无机复合多孔薄膜及使用此薄膜的电化学储能装置。

背景技术

近年来，手机、笔记本电脑、平板电脑等便携式电子设备的快速普及，电动汽车产业、风能和太阳能产业的发展，都对储能装置，尤其是二次电池的需求日益增加。其中，锂离子电池由于具有较高的驱动电压和能量密度，已经成为了研究和商业开发的焦点。

锂离子电池的电芯在结构上一般由正极片、负极片和间隔于正负极片之间防止短路的隔离膜构成。传统的锂离子电池隔离膜一般为聚烯烃薄膜，其熔点较低，通常在120-140℃和160-170℃，当电池由于内部或外部原因而温度升高时，隔离膜会发生收缩，因此很容易导致正负极片的直接接触短路，电池温度进一步升高后隔离膜会发生熔融导致正负极片的大面积短路，从而引起电池爆炸、起火等安全事故。

为解决聚烯烃隔离膜带来的上述问题，业界的一个解决方案是在聚烯烃薄膜的单面或双面附着由无机颗粒和粘结剂组成的多孔活性层，形成有机/无机复合薄膜。由于无机活性层具有较高的热稳定性，因此整个复合薄膜的热收缩被大大抑制，同时无机活性层还具有更高的机械强度，这也会减少电池中的锂枝晶或者金属碎屑、集流体毛刺等刺破隔离膜而造成短路的几率，从而提高了电池的安全性能。另外，无机活性层还具有良好的电解液浸润性，对提高电池的电化学性能也有所帮助。目前的无机活性层中是采用Al₂O₃、CaO、TiO₂、ZnO、MgO、ZrO₂、SnO₂、SiO₂等氧化物作为无机颗粒使用，但是，由于锂离子电池的电解液中的锂盐主要为LiPF₆，同时电解液中不可避免的存在一定量的水，LiPF₆会与水反应生成氢氟酸(HF)，氢氟酸进一步与无机颗粒反应生成的氟化物和水，以无机颗粒为Al₂O₃时为例，电池中将发生如下的化学反应：LiPF₆→LiF+PF₅；PF₅+H₂O→POF₃+2HF；6HF+AL₂O₃→2ALF₃+3H₂O。可见，上述一系列反应中水并没有被消耗，因此反应可以持续进行，又由于隔离膜是长期浸泡在电解液中的，经过长时间的反应后，所生成的氟化物和反应物氧化物在晶格体积上的不同将导致无机活性层发生体积变化，从而使活性层从多孔基底上脱落，电池的电性能衰减且安全性下降。

有鉴于此，确有必要提供一种更为稳定的有机/无机复合多孔薄膜及使用此薄膜的电化学储能装置。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种更为稳定的有机/无机复合多孔薄膜及使用此薄膜的电化学储能装置，以保证隔离膜在电化学储能装置中的长期稳定性。

为了实现上述发明目的，发明人经潜心研究，提供了一种有机/无机复合多孔薄膜，其包括多孔性有机基材和附着在多孔性有机基材上的活性层，活性层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒为硫酸盐、磷酸盐、金属氟化物、锂盐中的一种或是几种的混合物。

本发明的有机/无机复合多孔薄膜在电化学装置中的作用为阻隔正极片和负极片的直接接触，并提供离子传导通道，无机颗粒起到提高复合薄膜的机械强度，提高复合薄膜抗热收缩的作用，同时，具有高介电常数的无机颗粒还促进电化学装置的电解液中的电解质离解，从而提高电解液的电导率。而相对于现有技术，本发明有机/无机复合多孔薄膜采用不与氢氟酸反应的物质作为活性层的无机颗粒，因而采用本发明的有机/无机复合多孔薄膜的化学储能装置也具有更好的循环存储性能、耐高电压性能和安全性能。

上述有机/无机复合多孔薄膜可采用所有现有制作电池用有机/无机多孔复合薄膜的工艺，主要是将无机颗粒和粘合剂的混合物涂覆到多孔性基材上，使形成的无机/有机复合多孔薄膜上具有包含在多孔性基材自身中的孔，并由于形成在基材上的无机颗粒之间的间隙而在基材中以及在活性层中形成孔结构，因此本发明在原理上具有现有技术的常规优点。

所述多孔性有机基材为聚烯烃类薄膜。