[发明专利]一种低离子阻抗耐高温锂电池涂层隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种低离子阻抗耐高温锂电池涂层隔膜的制备工艺，通过本发明的工艺制备的陶瓷涂层隔膜具有耐高温，低离子阻抗的优点，采用该陶瓷涂层隔膜的的锂离子电池具有优异的高温安全性，解决了目前锂离子电池，尤其是高能量锂离子电池在滥用条件下的热失控而爆炸起火的问题，且在改善锂电池热失控安全性的同时，也改善了电池的循环性能和功率特性。

技术背景

锂离子电池在近二十几年中，得到迅猛的发展，在便携式通信和消费电子领域已完全替代了传统的镍氢电池，镍镉电池。在动力汽车、储能、航空航天、电动玩具和电动工具等领域，锂离子电池也引起极大的关注，并开始了初步的应用。

相对其他传统电池，锂离子电池虽然在电化学性能上十分优越，而且具有无污染，绿色环保的优点，应用领域越来越广泛，但由于锂离子电池能量密度高，而且使用了易燃易爆的有机电解液，在极端条件或滥用条件下极易出现热失控而导致的爆炸起火事故，锂离子电池安全特性的改善已经成为世界各大锂离子制造商关注的焦点。

目前，解决锂离子电池耐热安全性的常用方案有以下几种：

(a)在负极极片表面涂覆纳米耐高温陶瓷多孔涂层。

(b)在正极极片表面涂覆纳米耐高温陶瓷多孔涂层。

(c)在常规用聚烯烃隔膜表面涂覆纳米耐高温陶瓷多孔涂层。

(d)采用耐高温的聚酰亚胺，无纺布，耐高温纤维隔膜作为锂离子电池隔膜。

(e)在常规聚烯烃隔膜的生产工序中加入耐高温的无机粉体材料，嵌入到聚烯烃隔膜材料结构中。

日本松下电池公司在18650型电池的负极极片表面涂覆一层1-2um的氧化铝绝缘涂层，在Sony的笔记本电池出现爆炸燃烧事故后开始批量应用到生产中，此种工艺提高了负极极片涂覆的难度，而且如果负极极片出现负极粉尘脱落，因为负极涂覆材料为石墨，乙炔黑等导电粉体材料，脱落后嵌入到氧化铝涂层中则破坏了氧化铝涂层的绝缘性能。同样在正极表面涂覆氧化铝绝缘涂层也有类似失效的风险。

中国专利CN102544414A公开了一种通过将纳米氧化铝粉加入到聚合物中，采用交联的方式，使纳米氧化铝粉与聚合物有较好的结合力，然后通过挤出，铸片后，拉伸成为薄膜材料，氧化铝为极性的无机粉体材料，而聚烯烃隔膜采用的聚烯烃聚合物为高分子量的非极性材料，在挤出机的熔炼过程中，熔体的粘度很大大，纳米陶瓷氧化铝粉体在聚合物熔体中难以分散均匀，而不均匀的分散在铸片拉伸工序容易造成比较大的缺陷。

相对于正负极极片表面涂覆和在隔膜基体中添加纳米氧化铝等工艺路线，在隔膜表面涂覆耐高温陶瓷涂层，工艺更为简单，基体材料本身即为具有优良电子绝缘特性的聚烯烃材料或绝缘纤维类材料，涂覆过程的控制更为简便，也能更好地保证涂层的高电子绝缘性能。德固赛公司是最早将陶瓷材料涂到基体膜材料的厂家之一，专利CN1679183A文献提出了一种轻薄陶瓷涂层隔膜的生产方法，该发明只是从涂层的厚度和面密度的角度在设计涂层隔膜，工艺比较复杂，而且采用这种生产工艺的陶瓷涂层极为容易出现裂纹，掉料的缺陷，而且孔隙率难以控制。在近几年来，国内外多个厂家在隔膜涂覆工艺上进行开发，解决了附着力低，隔膜热收缩大的等缺点，但由于陶瓷材料的涂覆，提高隔膜耐热特性的同时，降低了隔膜本体材料的孔隙率，提高了隔膜的离子阻抗。有的甚至降低了电池的循环寿命。

韩国现代汽车申请了一项名为含离子聚合物的交联陶瓷涂层隔膜的制备工艺(中国专利申请号200910221928.1)采用的是离子聚合物作为陶瓷涂层的粘接剂，涂覆后要需要用交联的方式对涂层进行处理才可以使涂层与基体之间有比较好的附着力。工艺复杂，发明中也没有提及采用离子聚合物对隔膜离子阻抗的改善，而某些金属阳离子的引入还会导致隔膜性能的裂化，比如Fe离子，Mn离子等变价金属离子在锂离子电池体系中发生氧化还原反应，导致电池性能下降。

发明内容

本发明通过在隔膜涂层浆料中添加一定比例的含锂化合物，与水溶性有机酸类高分子发生酸碱中和反应生成有水溶性有机锂高分子化合物，同时某些含锂化合物与陶瓷粉体表面生产含锂的无机化合物，这些锂有机化合物和陶瓷粉体表面的部分含锂化合物提高了锂离子在隔膜涂层中的迁移扩散能力。同时通过控制纳米陶瓷粉体的颗粒形貌，浆料粘度，涂层/基膜厚度比例，有效地在改善隔膜高温热稳定性的同时，提高了陶瓷涂层的锂离子扩散能力，降低了电池内部阻抗。

本发明的低离子阻抗耐高温锂电池涂层隔膜制备工艺包括以下步骤：

(a)通过高速分散机或高速研磨设备将纳米陶瓷粉体材料分散在水溶液中。