[发明专利]一种锂电池的涂层隔膜

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，针对现有陶瓷隔膜存在阻抗大，在过充电条件下无法有效阻隔离子导通，无法达到安全效果的问题，公开了一种锂电池的涂层隔膜。所述涂层隔膜包括隔膜基材和涂覆在所述隔膜基材上的涂层，所述涂层包括由单体聚合而成的聚合物和泡沫氧化铝。本发明的涂层隔膜的引入对电池本身容量发挥几乎不产生负面影响。在安全性实验中，电池内部温度升高使得低熔点PE被膜熔融，引发剂促使单体发生聚合，在隔膜表面形成类有机玻璃的物质，有效切断离子迁移，且保证隔膜无形变，确保不进一步发生反应，对电池安全性有明显的改善，涂层涂布厚度3‑8um。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂电池的涂层隔膜。

背景技术

在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。

中国专利申请号为CN201711026718.8的专利，公开了一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法。该复合涂层隔膜包括微孔膜、树脂层、陶瓷层和亚克力胶层，其特征在于，所述微孔膜的上面和下面均涂覆有树脂层，所述树脂层外侧涂覆有陶瓷层，陶瓷层外部涂覆有亚克力胶层，所述微孔膜上有第一微孔，所述树脂层上设置有第二微孔，所述陶瓷层上有第三微孔，所述亚克力胶层上有第四微孔。本发明能解决高能量密度电芯的安全性问题。然而，该复合涂层隔膜的制备工艺复杂，工艺要求较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池的涂层隔膜。在隔膜表面形成一层类似有机玻璃物质，从而断绝正负极间离子通道，从而阻止电池内部短路，从而提高电池整体安全性能。

本发明的具体技术方案为：一种锂电池的涂层隔膜，所述涂层隔膜包括隔膜基材和涂覆在所述隔膜基材上的涂层，所述涂层包括由单体聚合而成的聚合物和泡沫氧化铝。

目前三元体系锂离子电池普遍面临电池安全性问题，在隔膜方面，现在普遍是使用陶瓷隔膜。陶瓷隔膜存在阻抗大，在过充电条件下无法有效阻隔离子导通，无法达到安全效果。本发明的锂电池的涂层隔膜包括涂层基材和涂覆在所述隔膜基材上的涂层，所述涂层包括由单体聚合而成的聚合物和泡沫氧化铝。本发明采用隔膜表面涂覆一种可聚合的单体和包覆引发剂的组合，由于单体本身并不会和电解液发生电化学反应，故对电池本身性能不具影响，而电池在受到异常状况发生高温时，引发剂可引起单体聚合，在隔膜表面形成一层类似有机玻璃物质，从而断绝正负极间离子通道，从而阻止电池内部短路，从而提高电池整体安全性能。隔膜基材通常是通孔，当电流过大时，很容易造成穿孔现象，进而造成锂电池燃烧或爆炸。将高纯的泡沫氧化铝和聚合物一同添加到涂层中涂覆在隔膜基材表面可以调控电流，泡沫氧化铝还具有良好的导热性能，当电池温度过高时，能够很好的进行散热。同时，泡沫氧化铝还具有良好的阻燃性，当达到燃烧临界点时能够阻止大范围的燃烧甚至爆炸。

作为优选，所述泡沫氧化铝的制备方法为：将粒径为300～500nm的金属铝粉制成固含量为35～55％的水基浆料，将所述加入装有团成絮状的改性椰棕纤维的模具中，加入浆料质量 0.15～0.25wt％的十二烷基磺酸盐，调节pH为6～8，在4000～6000rpm 的搅拌速率下搅拌 15～25min，在20～30℃干燥20～28h，然后在75～85℃干燥10～14h，得到干坯；最后将干坯在 1～3℃/min的升温速率升至1200～1500℃焙烧2.5～3.5h，研磨至600～800nm，得到泡沫氧化铝粉末。

本发明制备泡沫氧化铝的方法简单，焙烧后形成的泡沫氧化铝中氧化铝的纯度高。制备泡沫氧化铝的过程中，采用团成絮状的改性椰棕纤维作为模板，在氧化铝晶粒间形成介孔孔道，丰富泡沫氧化铝中的孔洞。改性后的椰棕纤维表面接枝有大量的模板剂基团，有利于增加椰棕纤维在泡沫氧化铝中形成的通孔周围的孔洞。