[发明专利]一种用于高镍三元锂离子电池的复合涂覆隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体地说，涉及一种用于高镍三元锂离子电池的复合涂覆隔膜及其制备方法。

背景技术

随着我国新能源汽车的不断发展，对电池能量密度的要求越来越高。锂离子电池作为当今主流的电池体系，因具有能量密度高、循环性能好、无记忆效应等诸多优势，已经大规模应用于动力电池中，但目前我国锂离子电池的能量密度只能达到260Wh/kg左右，离2020年的300Wh/kg目标还有一段距离。为了新能源汽车的大力发展，锂离子电池能量密度的提升势在必行。

目前，提升锂离子电池能量密度的主要方式就是采用高镍三元正极(NCM/NCA，镍的摩尔分数≥0.6)，搭配硅碳负极材料，这种体系尽管能量密度高，但是随着镍元素含量的增加，材料的稳定性逐渐降低，尤其是材料/电解液界面稳定性也会相应地降低，导致副反应的发生，影响材料的循环稳定性。此外，由于高镍三元正极材料层状结构丰富，其充放电倍率性能较差，在大倍率充放方面短板明显，而且在过充条件下，容易产生极化导致电解液的氧化分解，放出大量的热，使电池内压及温度升高，存在安全隐患。高镍三元锂离子电池的这些缺陷一定程度上限制了它的开发应用，为了解决这些问题，人们通常在电解液中加入各种添加剂来改善材料的界面稳定性及电池的倍率充放电性能，并使用陶瓷隔膜来提升电池的安全性能，但总体改善效果有限。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于高镍三元锂离子电池的复合涂覆隔膜及其制备方法，提供的复合涂覆隔膜，负极一侧的陶瓷涂层由于无机氧化物具有较好的耐热特性及机械强度，能够有效提升高镍三元锂离子电池的热安全稳定性，正极一侧的碳涂层上的磺酸基能够一定程度上抑制电解液的分解，增强材料与电解液的界面稳定性，提升电池循环性能，有效提升电池的倍率性能，两种涂层通过各自的优异性能，相辅相成，改善了高镍三元锂离子电池材料的循环、倍率及安全性能，促进该体系的大规模应用，实用性强，有利于设备推广应用。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种用于高镍三元锂离子电池的复合涂覆隔膜，所述涂覆隔膜由隔膜基材、陶瓷涂层、含锂化磺酸基的碳涂层组成，所述陶瓷涂层、碳涂层分别涂覆在隔膜基材两侧，且分别面对高镍三元锂离子电池负极、高镍三元锂离子电池正极，所述陶瓷涂层由粘接剂、陶瓷粉末组成，所述碳涂层由粘接剂、含锂化磺酸基碳材料、导电剂组成。

进一步地，所述隔膜基材为PP膜、PE膜或PP与PE多层复合膜，基膜厚度为4-30um。

进一步地，所述碳涂层的碳材料基料为微孔碳、中孔炭、介孔碳、大孔碳、介孔微孔碳、大孔微孔碳、大孔介孔碳、大孔介孔微孔碳、石墨、石墨烯、活性碳、生物碳、碳纤维、碳黑、碳纳米管或乙炔黑。

进一步地，所述粘结剂为聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羟甲基纤维素钠、丁苯橡胶、明胶、海藻酸钠、环糊精或LA133。

进一步地，所述陶瓷粉末为纳米α-氧化铝。

进一步地，所述导电剂为石墨、石墨烯、乙炔黑、Super P、碳纤维、碳纳米管或科琴黑。

进一步地，陶瓷涂层与含锂化磺酸基的碳涂层厚度为1-10um。

进一步地，所述碳涂层中锂化磺酸基的质量分数为0.01％～20％。

进一步地，所述高镍三元锂离子电池正极的组成材料为镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂，其中镍的摩尔分数≥0.6。

一种用于高镍三元锂离子电池的复合涂覆隔膜的制备方法，将质量比为1：0.01～0.5的陶瓷粉末、粘结剂加入到分散剂中进行搅拌分散，得到固含量为50-80％的浆料，然后将该浆料涂覆于隔膜基材的一面上，涂覆厚度为1-10um，烘干辊压处理后静置一段时间；然后将质量比为1：0.01～1：0.01～0.5的含锂化磺酸基的碳材料、导电剂、粘结剂加入到分散剂中进行搅拌分散，得到固含量为50-80％的浆料，然后将该浆料涂覆于隔膜基材的另一面上，涂覆厚度为1-10um，烘干辊压处理后得到复合涂覆隔膜。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。