[发明专利]一种锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池隔膜，包括聚烯烃微孔膜和涂覆在聚烯烃微孔膜一面或两面的复合涂层，所述复合涂层为Al₂O₃、SiO₂、Ce(OH)₃和PVDF的复合物。通过在聚烯烃微孔膜的表面涂覆本发明所述的复合物涂层，相比于未涂覆复合物涂层的聚烯烃微孔膜，能够显著地提高电池隔膜的热尺寸稳定性和循环稳定性，且对离子电导率的影响不大。

技术领域

本发明属于车用电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池隔膜在电池中有第三“电极材料”之称，在锂离子电池中起重要作用，隔膜是一种由非良电子导体材料成型的微孔膜，位于电池正负极之间，其作用是阻止正负极直接接触，防止电子通过，但是锂离子可通过其中的电解质传输。隔膜不参与任何电池反应，但是它的结构和性能对电池的性能如循环寿命、体积能量密度及安全性等都有显著的影响。所以隔膜的制备和选取中应充分考虑到化学稳定性、机械强度、均匀性、热稳定性、电解液润湿性、离子电导率和制备成本等因素。

目前商品化的锂离子电池隔膜主要是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）微孔膜。微孔聚合物膜的制造有干法和湿法2种。不同制造方法下隔膜的孔结构不同，产生的物理性能也有明显差异。但是聚烯烃隔膜也有缺陷，一方面当外界温度达到或超过隔膜熔点时，隔膜自身会发生大面积收缩或熔融从而导致电池内部热失控现象或短路的产生，因此保持隔膜的尺寸和形貌不变是提高电池安全性的关键。为此美国Celgard公司制备了（PP/PE/PP）多层隔膜，虽其高温下热收缩性有所提高，但其机械强度低、针刺强度低且透气性差；另一方面，由于聚烯烃隔膜极性与有机电解液极性不一致，导致电解液对隔膜的润湿性不好，电池在反复充放电过程中隔膜对非水电解液的保持能力较差，从而影响电池的循环性能。对高性能隔膜的主要研究方向为：无机陶瓷复合膜、陶瓷涂层复合膜、有机涂层复合膜和有机／无机涂层复合膜。

陶瓷复合隔膜是在聚烯烃微孔膜的基础上，以高性能锂离子电池的需求为基础而发展起来。顾名思义，隔膜结构中既包括有机材料，也包括无机陶瓷材料。有机材料赋予复合隔膜足够的柔韧性，满足锂离子电池装配工艺的要求，同时与聚烯烃类隔膜相似，在高温条件下，有机组分熔融而堵塞隔膜孔道，赋予复合隔膜闭孔功能，在一定程度上防止电池短路；无机材料分布在复合隔膜的三维结构中，形成特定的刚性骨架，凭借极高的热稳定性可有效防止隔膜在热失控条件下发生收缩、熔融；同时无机材料，特别是陶瓷材料热传导率低，进一步防止电池中的某些热失控点扩大形成整体热失控，提高电池的安全性。但是，国内对于该类隔膜的研究尚处于起步阶段，很多陶瓷复合隔膜的性能达不到电池在高温下工作的要求，锂离子电池的安全性有待进一步提高。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池隔膜，包括聚烯烃微孔膜和涂覆在聚烯烃微孔膜一面或两面的复合涂层，所述复合涂层为Al₂O₃、SiO₂、Ce(OH)₃和PVDF的复合物。

进一步地，所述聚烯烃微孔膜为聚乙烯微孔膜或聚丙烯微孔膜。

进一步地，所述复合涂层中Al₂O₃、SiO₂、Ce(OH)₃和PVDF的质量比为：

Al₂O₃:SiO₂:Ce(OH)₃:PVDF=0.3～0.5:0.3～0.5:0.1～0.2:1。

进一步地，所述Al₂O₃的平均粒径为200～400nm，SiO₂的平均粒径为50～100nm。