[发明专利]一种复合隔膜及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种复合隔膜及其制备方法和用途。所述复合隔膜包括基膜和设置于所述基膜表面的选择性调控涂层；所述选择性调控涂层的组成包括无机组分和分布于所述无机组分颗粒表面的有机组分，所述无机组分和有机组分之间通过化学键、氢键和范德华力中的任意一种或至少两种的组合进行连接。本发明所述复合隔膜以影响电池性能的因素(锂离子传导能力、电极界面及自身结构稳定性和电解液稳定性等)作为出发点，通过对隔膜涂层的组成和形貌构造进行选择性调控设计，使得到的隔膜在机械强度、热稳定性、电极界面稳定性、电解液浸润性等常规性能满足要求的同时，锂电池体系的电化学性能、倍率性能及循环稳定性得到提高。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种复合隔膜及其制备方法和用途。

背景技术

自锂电池实现商品化以来，它作为一类电化学储能装置设备，具有较长循环使用寿命、无记忆效应以及较高的能量密度等优点被广泛应用于便携电子设备、电动汽车等领域。

锂电池的构成部件包括正极、负极、隔膜和电解质。其中，隔膜作为锂电池重要的四大部件之一，它能够实现锂离子导通而电子阻隔，同时隔绝正极和负极避免其接触而引发电池短路产生安全隐患。当前传统的聚烯烃类隔膜因其良好的机械性能、化学稳定性及来源价格相对低廉，是作为锂电池隔膜使用的主力军。但是由于聚烯烃类隔膜本身材料表现出低的表面能而呈现“惰性”表面性质，致使其对电解液的浸润性较差，影响锂离子的传导，其与电极之间的界面电阻有所增加。同时，聚烯烃类隔膜也因其热稳定性差而存在安全问题。对于锂电池而言，其电化学性能、倍率性能和循环性能直接受到隔膜相关性能的影响。而电解液作为锂电池的另一组成构件，当锂电池体系中存在水分(H₂O)和氢氟酸(HF)时，电解液的稳定性变差，进而对锂电池的电化学性能和电池性能产生影响。

目前，在锂电池相关领域，对于在聚烯烃类隔膜上涂覆涂层能较好的解决其所存在的问题。

CN 108365152 A公开了采用无机锂离子导体层作为涂层的复合隔膜，所涉及的锂离子导体材料是以颗粒状、柱状、管状和线状中的一种或几种形式，该涂层的能够诱导锂离子均匀沉积从而抑制锂枝晶生长的同时，提高隔膜的力学性能和热稳定性以及锂金属电池循环性能。CN 109119573 A公开了将石榴石型固态电解质LLZO作为涂层的隔膜，其能够有效增加对电解液的吸液能力，增强耐热性能。但是其制备过程相对较为复杂，需先制备LLZO前驱体，再煅烧生成粉体，进而再烧结得到LLZO，同时，涂层中LLZO颗粒尺寸可能较大不利于电池性能的提升。CN 108258174 A公开了分子筛涂层隔膜，利用分子筛的多孔结构、高的比表面积和对电解液较好的浸润及吸液能力，能提高锂电池电池性能，而针对其隔膜的热稳定性影响并未提及。CN 108695473 A、CN 107819097 A、CN 108777282 A、CN 109461872A和CN 109638203 A公开了陶瓷涂层隔膜，该涂层隔膜具有良好的热稳定性，避免高温引起隔膜热收缩。以上专利在锂离子的传输能力及对电极界面的稳定性方面皆有待于进一步提高。

相比于传统的涂层隔膜，今后涂层隔膜应以电池整体性能为导向，选择性的对涂层进行调控，进而满足于锂电池对于其自身电化学性能及电池性能提升的发展需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合隔膜及其制备方法和用途。本发明所述复合隔膜以影响电池性能的因素(锂离子传导能力、电极界面及自身结构稳定性和电解液稳定性等)作为出发点，通过对隔膜涂层的组成和形貌构造进行选择性调控设计，使得到的隔膜在机械强度、热稳定性(消除或减弱电解液自身存在或在电池工作期间产生的水和氢氟酸而导致电解液分解失效)、电极界面稳定性(阻碍或降低在锂电池循环工作期间界面发生副反应)、电解液浸润性等常规性能满足要求的同时，锂电池体系的电化学性能、倍率性能及循环稳定性得到提高。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：