[发明专利]电化学装置及电化学装置隔离膜的制备方法有效

专利信息
申请号: 201410144046.0 申请日: 2014-04-10
公开(公告)号: CN104979516B 公开(公告)日: 2018-08-03
发明(设计)人: 陈永乐;赵俊华;张盛武;程文强 申请(专利权)人: 宁德时代新能源科技股份有限公司
主分类号: H01M2/18 分类号: H01M2/18;H01M2/16
代理公司: 广州三环专利商标代理有限公司 44202 代理人: 王基才;王冬华
地址: 352100 福建*** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 电化学 装置 使用 隔离 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种电化学装置及其隔离膜以及隔离膜的制备方法,其中,所述隔离膜包括多孔基材和分布有孔结构的有机无机复合多孔涂层;有机无机复合多孔涂层涂布在多孔基材的至少一个面上,其包括无机骨架、粘结剂以及至少一种有机功能颗粒;孔结构分布在无机骨架、粘结剂、有机功能颗粒之间,也分布在无机骨架中;所述制备方法用于制备上述隔离膜。与现有技术相比,本发明电化学装置隔离膜的有机无机复合多孔涂层厚度较薄,且其中的无机骨架与有机功能颗粒配合而使得隔离膜的透气性、导离子率、机械性能、热稳定性及抗氧化能力等均优于现有隔离膜。

技术领域

本发明属于电化学技术领域,更具体地说,本发明涉及一种具有良好性能的电化学装置隔离膜及其制备方法。

背景技术

传统的电化学装置(如锂离子二次电池)大多以聚烯烃多孔基材作为隔离膜,但是这种隔离膜受热时会有较大的收缩,因此容易导致正负极短路而引发安全事故。为了解决这一问题,业界人士尝试利用粘结剂将无机颗粒涂覆在多孔基板上来制作包含无机物涂层的有机/无机复合多孔隔离膜,希望通过无机颗粒的热稳定性来降低隔离膜的热收缩,从而达到防止电化学装置发生正负极短路的目的。但是,这些新开发的隔离膜都存在不同的缺陷。

例如,有人公开了一种包括多孔基材、无机物涂层和有机物涂层的聚合物锂离子电池隔离膜,所述有机物涂层涂覆于多孔基材和/或无机物涂层表面,且呈岛状和/或线状分布。但是,这种隔离膜在涂层涂覆时需要采用NMP、乙醇等有机物作为溶剂进行多次涂覆,危害环境而且工艺复杂,更重要的是其无机颗粒的大小直接阻碍了涂层厚度往更薄的方向发展。

还有人公开了一种具有多孔活性涂层的有机/无机复合隔离膜,其将无机颗粒和粘结剂聚合物的混合物涂覆在多孔基材上而形成多孔活性层,为了控制聚合物的亲水性,需要采用与水滴接触角不同的两种粘结剂聚合物制成混合物来与无机颗粒混合。这种隔离膜虽然可以采用水作为溶剂,也只需进行一次涂布工艺,但是却需要精心选择所用聚合物或单体的水接触角范围,而且也无法使涂层变薄,否则就会严重影响所制得的隔离膜的各项性能。

有鉴于此,确有必要提供一种制备工艺简单且性能良好的电化学装置隔离膜。

发明内容

本发明的目的在于:提供一种制备工艺简单且性能良好的电化学装置隔离膜及其制备方法,并提供使用此隔离膜的电化学装置,以克服现有技术的缺陷。

为了实现上述发明目的,本发明提供了一种电化学装置隔离膜,其包括多孔基材和分布有孔结构的有机无机复合多孔涂层;有机无机复合多孔涂层涂布在多孔基材的至少一个面上,其包括无机骨架、粘结剂以及至少一种有机功能颗粒;孔结构分布在无机骨架、粘结剂、有机功能颗粒之间,也分布在无机骨架中。

本发明电化学装置隔离膜的有机无机多孔涂层具有高密多孔性,因此可以保证隔离膜具有优异的透气性和导离子率;同时,由于无机骨架的厚度不会受到材料形貌的影响,因此能最大限度地降低多孔涂层的厚度,并降低隔离膜厚度不均的风险,从而在保证隔离膜具有优异的机械性能、热稳定性及抗氧化能力的同时,使隔离膜在后期加工过程中与极片间形成优异的界面,并因降低涂层堵孔的风险而提高了隔离膜的透气性和导电率;有机功能颗粒能够提供隔离膜与相邻阴极片或阳极片之间的连接,其上的功能团还可提高隔离膜的导离子性能。

作为本发明电化学装置隔离膜的一种改进,所述有机无机复合多孔涂层为岛面状结构,其由面状区域和分散在面状区域上的岛状区域组成;无机骨架为连续或间断的平面或网状多孔骨架结构,粘结剂、有机功能颗粒分布在无机骨架中而与无机骨架共同形成有机无机复合多孔涂层的面状区域,岛状区域则主要由有机功能颗粒形成。上述岛面状的有机无机复合多孔涂层使隔离膜的界面更优异,隔离膜具有更高的透气性,而且岛状区域的存在也为电化学装置在循环过程中的膨胀提供了空间,因此能够极好地解决电化学装置的变形问题。

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