[发明专利]陶瓷隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种陶瓷隔膜及其制备方法和应用，其中陶瓷隔膜包括基材以及附着于基材的至少一侧表面的陶瓷涂层，陶瓷涂层中包含一维纳米材料且不包含颗粒状的陶瓷粉末和/或陶瓷粉体，一维纳米材料的直径为50nm～500nm，长度为100nm～100μm；除基材的一侧表面无陶瓷涂层外，陶瓷涂层的厚度各自独立地为0.1μm～2μm。上述陶瓷隔膜包含一维纳米材料，更不易于嵌入到有机隔膜基材的微孔中，从而不会堵塞微孔通道，不会阻碍电池中锂离子在有机隔膜中的传导。另外，上述一维纳米材料显著提高陶瓷隔膜的热稳定性，即使是在涂覆极薄的陶瓷涂层的情况下，也能提升陶瓷隔膜的抗热收缩性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜技术领域，特别地，涉及一种陶瓷隔膜及其制备方法。此外，本发明还涉及上述陶瓷隔膜在锂离子电池中的应用以及一种包括上述陶瓷隔膜的电池。

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，并逐渐成为储能和电动汽车领域的最主要的电源系统。

在锂离子电池中，隔膜的主要作用就是防止正负极直接接触，同时还应允许锂离子在其中的传导，是电池重要的组成部分。隔膜的厚度、微孔结构对电池的功率密度、能量密度和安全性起关键作用，理想的隔膜是在不影响其安全性的基础上尽可能薄和尽可能多孔。目前，商品化的锂离子电池中采用的隔膜主要是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(Polyethylene，简写为PE)、聚丙烯(Polypropylene，简写为PP)的单层膜或多层膜。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，但其熔点较低，导致其在高温条件下的抗热收缩性能极差，从而导致正负极短路而迅速积聚大量热，引起电池燃烧或爆炸等安全事故。因此，开发高安全性隔膜已成为行业的当务之急。

当前最常用的改善方法(参见Journal of Power Sources 195(2010)6192–6196、CN200580036709.6、CN200780035135.X等)就是在聚烯烃隔膜的一面或两面涂覆一层由陶瓷颗粒(Al₂O₃、SiO₂、TiO₂等)构成的保护层，称为陶瓷隔膜。其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，从而更有效地减少电池内部短路，防止因电池内部短路而引起的电池热失控。然而，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，从大多数研究报道来看，陶瓷粉体与隔膜基材之间的粘附强度较差，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。另外，为了防止大颗粒陶瓷在组装电池时刺穿隔膜导致短路，就必须采用纳米级陶瓷颗粒，但这往往会堵塞聚烯烃隔膜原有的微孔通道，增加离子传导阻力，降低电池的功率密度；为了减少涂覆陶瓷后对整个电池能量密度的影响，涂层不能太厚，但太薄又起不到高温下的抗热收缩性，从已有的报道来看，陶瓷涂层一般在1微米以上。因此，开发出涂层厚度薄、微孔多、不掉粉的高安全性陶瓷隔膜成为锂电池使用领域拓展的关键所在。

发明内容

本发明提供了一种陶瓷隔膜及其制备方法和应用，以解决现有技术中陶瓷粉体与隔膜基材之间的粘附力不强而易于脱落、纳米级陶瓷颗粒易于堵塞隔膜原有微孔通道而增加离子传导阻力以及陶瓷涂层太薄而无法降低陶瓷隔膜的热收缩性的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种陶瓷隔膜，所述陶瓷隔膜包括基材以及附着于所述基材的至少一侧表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层中包含一维纳米材料且不包含颗粒状的陶瓷粉末和/或陶瓷粉体，所述一维纳米材料的直径为50nm～500nm，长度为100nm～100μm；除不包括所述陶瓷涂层的一侧表面外，所述陶瓷涂层的厚度各自独立地为0.1μm～2μm。