[发明专利]以气凝胶为粉体的陶瓷隔膜及其在锂离子电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜，尤其是涉及以气凝胶为粉体的陶瓷隔膜及其在锂离子电池中的应用。

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、环境友好的化学电源体系，具有很好的经济效益、社会效益和战略意义，已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。

在锂离子电池中，隔膜主要起到防止正负极接触并允许离子传导的作用，是电池重要的组成部分。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。由于聚合物本身的特点，虽然聚烯烃隔膜在常温下可以提供足够的机械强度和化学稳定性，但在高温条件下则表现出较大的热收缩，从而导致正负极接触并迅速积聚大量热。尽管诸如PP/PE复合隔膜可以在较低温度(120℃)首先发生PE熔化阻塞聚合物中的微孔，阻断离子传导而PP仍起到支撑的作用防止电极反应的进一步发生，但是由于PP的熔解温度也仅有150℃，当温度迅速上升，超过PP的熔解温度时，隔膜熔解会造成大面积短路并引发热失控，加剧热量积累，产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。电池内部短路是锂离子电池安全性的最大隐患。为了满足大容量锂离子电池发展的需要，开发高安全性隔膜已成为行业的当务之急。在这其中，陶瓷隔膜优异的耐温性和高安全性使其成为取代传统聚烯烃隔膜的主要选择之一。

陶瓷隔膜(Ceramic-coated Separators)是在现有的聚烯烃微孔膜的表面上，单面或双面涂布一层均匀的、由陶瓷微颗粒等构成的保护层(几个微米)，形成多孔性的安全性功能隔膜。在保证聚烯烃微孔隔膜原有基本特性的基础上，赋予隔膜高耐热功能，降低隔膜的热收缩性，从而更有效地减少锂离子电池内部短路，防止因电池内部短路而引起的电池热失控。

目前，陶瓷隔膜的制备方式主要是将陶瓷粉体(主要是纳米或亚微米的氧化物粉末，如Al₂O₃、SiO₂、TiO₂等)、粘结剂等分散在溶剂中形成浆料，再通过流延法或浸渍法在聚烯烃隔膜表面形成陶瓷涂层(参见文献：Journal of Power Sources.2010，195，6192-6196；中国专利CN200580036709.6、中国专利CN200780035135.X等)。但是，由于陶瓷粉体比表面能较大，易于团聚，且其表面一般为亲水特性，而聚烯烃膜为疏水材料，因此，从研究报道来看，陶瓷粉体涂布的均匀性较差，存在明显的“掉粉”现象，这会极大的影响陶瓷隔膜在锂离子电池中的使用性能。

发明内容

为了解决现在技术存在的以上问题，本发明的第一目的在于提供以气凝胶为粉体的陶瓷隔膜。

本发明的另一目的在于提供所述以气凝胶为粉体的陶瓷隔膜在电池中的应用。

所述以气凝胶为粉体的陶瓷隔膜以气凝胶作为陶瓷粉体，所述陶瓷粉体涂布在隔膜上形成陶瓷隔膜。

所述气凝胶可选自二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆、氧化锌、二氧化锡、氧化钙、氧化镁等中的至少一种；所述隔膜材料可采用聚烯烃类多孔聚合物膜、无纺布、应用于二次电池聚合物电解质的聚合物材料等中的一种，所述聚烯烃类多孔聚合物膜可选自聚乙烯或聚丙烯的单层或多层复合膜，所述应用于二次电池聚合物电解质的聚合物材料可选自聚氧化乙烯、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、聚乙烯醇等中的一种，或聚氧化乙烯、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、聚乙烯醇等衍生的共混、共聚体系，所述共混、共聚体系可采用丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物等；所述陶瓷粉体涂布在隔膜上的厚度可为0.5～20μm，所述涂布可在隔膜上单面涂布或双面涂布。

所述以气凝胶为粉体的陶瓷隔膜可在电池中应用。所述电池包括非水电解液二次电池等；所述电池包括正极材料、负极材料和以气凝胶为粉体的陶瓷隔膜，所述以气凝胶为粉体的陶瓷隔膜设在正极材料和负极材料之间。