[发明专利]锂电池隔膜及其制备方法和锂电池

说明书

本发明公开了锂电池隔膜及其制备方法和具有该锂电池隔膜的锂电池。该锂电池隔膜包括：基膜，以及复合材料层，所述复合材料层形成在所述基膜的一侧或两侧，所述复合材料层包括：石墨烯、无机材料和助剂。该锂电池隔膜具有优秀的拉伸强度和穿刺强度，且可以显著提高锂电池的安全性和电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，本发明涉及锂电池隔膜及其制备方法和具有该锂电池隔膜的锂电池。

背景技术

随着全球能源危机日益加剧，以及环境问题的日益严重，可再生能源取代化石燃料逐渐成为趋势。锂离子电池因其具有的高电压、高比能量、长寿命等优点而成为最受青睐的二次电池。锂离子电池一般都是由正极、负极、隔膜和电解液组成。隔膜作为锂离子电池的关键组件之一，在锂离子电池中起着至关重要的作用，锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，即充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。作为锂电池的关键材料，隔膜在其中扮演着隔绝电子的作用，阻止正负极直接接触，允许电解液中锂离子自由通过，同时，隔膜对于保障电池的安全运行也起着至关重要的作用。

目前，锂离子电池中常用的隔膜为PE、PP为主的聚烯烃隔膜或陶瓷涂覆的隔膜；隔膜性能的优劣直接影响着电池容量、内阻、倍率性能、循环使用寿命以及电池使用的安全性能，因此，隔膜生产的一致性要求极高，不仅对厚度、面密度、力学性能这些基本要求之外，对隔膜微孔的尺寸和分布的均一性、热收缩性、穿刺强度等性能也都有很高的要求。

为了达到高质量能量密度和体积能量密度的要求，对隔膜的要求越来越严格，因此，性能优良隔膜的开发已迫在眉睫。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出锂电池隔膜及其制备方法和具有该锂电池隔膜的锂电池。该锂电池隔膜具有优秀的拉伸强度和穿刺强度，且可以显著提高锂电池的安全性和电化学性能。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种锂电池隔膜。根据本发明的实施例，该锂电池隔膜包括：基膜，以及复合材料层，所述复合材料层形成在所述基膜的一侧或两侧，所述复合材料层包括：石墨烯、无机材料和助剂。

根据本发明实施例的锂电池隔膜，其基膜表面具有包含石墨烯、无机材料和助剂的复合材料层。该复合材料层中的石墨烯与无机材料形成接枝复合材料，从而获得优秀的拉伸强度和穿刺强度。通过将该复合材料层形成在基膜的一侧或两侧表面，可以显著提高隔膜整体的拉伸强度和刺穿强度，从而提高电池的安全性和耐久性。另一方面，石墨烯接枝复合材料同时具有优秀的电化学性能，可以有效改善锂电池的循环性能、倍率性能等电化学性能。

另外，根据本发明上述实施例的锂电池隔膜还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述基膜由选自聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚酯、玻璃纤维、芳纶和聚酰亚胺中的至少之一形成。

在本发明的一些实施例中，所述无机材料包括选自二氧化钛和二氧化硅中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述助剂包括选自表面活性剂、粘结剂和分散剂中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述表面活性剂包括选自十二烷基苯磺酸盐、油醇聚氧乙烯醚、油酸盐和硬脂酸盐中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述粘结剂包括选自丁苯橡胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟甲基纤维素盐、聚丙烯酸、聚丙烯酸树脂、聚丙烯酸酯衍生物、聚丙烯腈、丙烯酸酯-丙烯腈共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述分散剂包括选自十二烷基硫酸盐、聚丙烯酸铵盐、甲基戊醇、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯醚和油酸酰胺中的至少之一。