[发明专利]一种陶瓷隔膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

 本发明涉及一种陶瓷隔膜，具体涉及一种环保且节约能耗的陶瓷隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

 锂离子电池作为一种能量密度高、输出电压高、无记忆效应、循环性能优异、环境友好等优势的能量储存体系，具有很好的经济效益、社会效益和战略意义，己被广泛应用于移动通讯、数码产品等各个领域，并极有可能成为储能和电动汽车领域最主要的电源系统。

陶瓷隔膜，专门用于大功率锂离子电池的正负极隔绝，既能隔绝电池正极与负极的接触，且不阻碍电解质透过隔膜。同时，亦可以防止由于短路而导致爆炸等情况出现。目前，商品化的锂离子电池中采用的主要是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(Polyethylene，PE) 、聚丙烯(Polypropylene，PP) 的单层或多层膜。

目前，传统的陶瓷隔膜的制备，需要在柔软的隔膜上进行一层油性的精密涂布。而涂布的工艺将会极大地影响隔膜的性能。上述的陶瓷隔膜，当发生电池短路或过度充电等异常情况时，其只能在温度为140℃的条件下进行闭孔，阻止进一步短路。若电池有热失控出现发热量大的情况，温度进一步升高至160℃或以上，隔膜会发生熔融分解或破膜，失去隔绝功能，两极接触短路，会导致电池发生爆炸等更不可估计的危险性出现。且上述的陶瓷隔膜制备方法中，通常会出现陶瓷层厚度不均匀，陶瓷粒子分布不均匀等情况，从而导致隔膜的性能有差别。而且锂电池使用的有机溶剂需要耗费大量电能挥发以及回收，涂布过程中采用有机溶剂容易发生火灾，能耗较高等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在保证锂离子电池安全性的同时兼具环保且节约能耗的陶瓷隔膜。

本发明的另一目的在于提供上述陶瓷隔膜的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述陶瓷隔膜在锂离子电池中的应用。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种陶瓷隔膜，包括隔膜材料基材，在隔膜材料基材表面涂布有保护层，所述保护层，按重量百分比计，包括陶瓷粒子0.1%-50%和水性聚合物树脂50%-99.9%。 

优选的，所述保护层中，陶瓷粒子占5%-30%，水性聚合物树脂占70%-95%。

本发明所述陶瓷粒子主要用于提高隔膜的绝热性能，当温度升高，且高于140℃时，陶瓷粒子能有效地阻止锂离子穿过隔膜，阻止进一步短路而引起的温度上升情况，所述陶瓷粒子选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化铈、氧化钇、氧化锌、氧化铁、氮化硅、氮化钛、氮化硼、碳化硅、碳酸钙、硫酸铝、氢氧化铝、钛酸钾、滑石、高岭土、高岭石、埃洛石、叶蜡石、蒙脱石、绢云母、云母、绿泥石、膨润土、石棉、沸石、硅酸钙、硅酸镁、硅藻土、硅砂、玻璃纤维中的一种或几种的混合物，其中，从电化学稳定的方面考虑，优选为氧化铝或氧化钛。

所述陶瓷粒子的纯度大于等于99.9%，更优选99.99%以上，粒径为5nm-50μm，出于涂覆的均匀性和应用的有效性，优选为5nm-10μm，更优选为10nm-1μm。

本发明所述水性聚合物树脂主要起粘结作用，使超微细陶瓷粒子均匀地分布于特殊薄膜上。所述水性聚合物树脂选自水溶性聚偏氟乙烯、水溶性丙烯酸树脂或改性丙烯酸树脂、水溶性环氧树脂或改性环氧树脂、水溶性聚氨酯或改性聚氨酯、水溶性苯乙烯-丁烯聚共聚物乳液、聚乙烯、聚丙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、１、１－二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯聚合物、乙烯-四氟乙烯聚合物、苯乙烯-丁二烯聚合物以及这些的氢化物、丙烯腈-丁二烯聚合物以及这些的氢化物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物以及这些的氢化物、异丁烯酸盐（酯）-丙烯酸酯聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯聚合物、丙烯腈-丙烯酸酯聚合物、乙烯丙烯橡胶，聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚亚苯基醚、聚醚砜、聚亚苯基硫醚、聚醚亚胺、聚酰胺亚胺、聚酰胺或聚酯中的一种或多种的混合物乳液，优选为水溶性聚偏氟乙烯、水溶性苯乙烯-丁烯聚共聚物乳液、水溶性丙烯酸树脂或改性丙烯酸树脂。

本发明所述隔膜材料基材为聚烯烃类多孔聚合物膜(如聚乙烯PE或聚丙烯PP的单层或多层复合膜)、无纺布或选自聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇及由以上体系衍生的共混、共聚体系（如丙烯腈一甲基丙烯酸甲酯共聚物）等中的一种或几种的混合。

为进一步帮助上述陶瓷粒子分散且浆料能均一稳定，所述保护层还包括占陶瓷粒子重量0.1-3%的消泡剂和占陶瓷粒子重量0.1-3%的分散剂。