[发明专利]一种锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种安全性能好的锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池自商业化以来，由于其具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应和循环寿命长等特点而被广泛用作各种移动设备的电源。随着锂离子电池的大规模的应用，其安全问题日益凸显。

锂离子电池的主要部件包括正极、负极、隔膜和电解液。隔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；保证锂离子通过电解液均匀、自由地往返于正负极之间；过高温度时隔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。

三层复合隔膜聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯（PP-PE-PP）隔膜相对于单层PE或PP隔膜而言，能够更有效的提供热闭孔行为。其中，PP层起到骨架支撑的作用，当电池内部温度上升至PE熔点附近时，PE层上的微孔闭合，从而阻断离子通道。热闭孔的温度区间大致介于PE层的熔点至PP层的熔点之间，约为140℃-160℃。但是多种安全测试结果表明：锂离子电池温度升高到100℃以上就会发生较大的安全隐患，而PE层自闭孔温度要高达130℃，故当锂离子电池温度达到130℃时，PE层自闭孔已经不能有效地起到安全作用了。而对于单层的PE及PP隔膜，其安全性能就更差了。

在实际电池受到滥用如过充、热冲击和穿刺等的情况下，电池温升一般都会达到90℃以上，电池内部温度一旦超过90℃，传统PE、PP隔膜就会有较大的收缩，正负极会短路，产生更多的热量，电池容易着火甚至爆炸。针对这种情况，本领域技术人员一般都会在隔膜上涂布一层陶瓷层，以起到降低热收缩、防止正负极短路的作用，但是这对于过充等日常较容易发生的滥用情况，并没有较好的效果，原因是在过充情况下，电池正负极会产生大量的热，即使陶瓷隔膜不收缩，过充还是在进行中，容量不断在增加，电压相应升高，最后导致正负极与电解液反应产热过大，电池着火甚至爆炸。要保证过充的安全性，必须在电池发生过充情况下切断锂离子通道，过充才会停止，进而保证电池在过充情况下的安全性。

有鉴于此，确有必要提供一种在过充情况下能够切断锂离子通道、具有高安全性能的锂离子电池隔膜及其制备方法。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种在过充情况下能够切断锂离子通道、具有高安全性能的锂离子电池隔膜，以克服现有技术中的隔膜在电池发生过充时不能切断锂离子通道，进而不能保证电池在过充情况下的安全性的不足。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种锂离子电池隔膜，包括隔膜基体和设置于所述隔膜基体表面的涂层，所述涂层包括10～70wt.%的陶瓷颗粒、20～80wt.%的固体聚合物蜡和5～20wt.%的粘接剂，所述固体聚合物蜡的熔点为85～120℃，分子量为1000～25000，颗粒度为0.5～10um，并且所述固体聚合物蜡的颗粒度大于所述隔膜基体的孔径。

PE层的自闭孔温度为130℃，但当电池内部温度超过90℃时， PE、PP隔膜就会有较大的收缩，从而引起短路风险，因此，在隔膜基体的表面引入陶瓷颗粒，以降低隔膜的收缩，而固体聚合物蜡的熔点选择为90～120℃，从而使得固体聚合物蜡可以在PE发生自闭孔前熔化并借助毛细作用吸入到陶瓷颗粒间及隔膜基体的微孔中，从而有效地切断锂离子通道，使得过充停止。固体聚合物蜡的颗粒度大于隔膜基体的孔径是为了避免正常使用时，固体聚合物蜡堵塞了隔膜基体的微孔，导致锂离子的通过不通畅，影响电池的正常使用。

作为本发明锂离子电池隔膜的一种改进，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆和氧化钛中的至少一种，这几种陶瓷颗粒具有较好的绝缘性能，以减小隔膜基体的热收缩，而且这几种陶瓷颗粒廉价易得。

作为本发明锂离子电池隔膜的一种改进，所述固体聚合物蜡为聚乙烯蜡、聚氧化乙烯蜡和聚丙烯蜡中的至少一种。

作为本发明锂离子电池隔膜的一种改进，所述粘接剂为苯丙乳胶、纯丙乳胶和丁苯乳胶中的至少一种。

作为本发明锂离子电池隔膜的一种改进，所述涂层还包括5～15wt.%的水溶性高分子增稠剂，以增强涂层浆料的稳定性，并保证涂层浆料良好的分散性。

作为本发明锂离子电池隔膜的一种改进，所述水溶性高分子增稠剂为羧乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、海藻酸钠和聚乙烯醇中的至少一种。