[发明专利]隔膜、制备方法及包含它的锂离子电池

说明书

本发明公开一种隔膜，包括多孔基材层、中间层和陶瓷涂层；所述中间层包括金属氧化物粉体，所述金属氧化物粉体粒径小于所述多孔基材层的孔径且所述金属氧化物粉体部分或全部嵌入所述多孔基材层。还公开了隔膜的制备方法和包含该隔膜的锂离子电池。本申请采用多孔基材层‑中间层‑陶瓷涂层三层结构构筑隔膜，其中中间层中金属氧化物粉体粒径小于多孔基材层的离子传输孔径，金属氧化物粉体沉积在孔隙中，形成与基材层牢固结合的中间层，并且中间层中小粒径的金属氧化物粉体与其表层涂覆的陶瓷涂层之间的纳米锚定效应，增加陶瓷涂层与基材层之间的结合力，从而避免掉粉。

技术领域

本发明属于化学电源领域，具体涉及一种隔膜、其制备方法及包含它的锂离子电池。

背景技术

带有水系陶瓷涂覆层的隔膜是目前国内动力电池厂家为了提高电池安全性能所采用的主流方法之一，其优势在于涂覆工艺简单可控，价格便宜。但是这种带有水系陶瓷涂覆层的隔膜在电池内部工作时伴随着掉粉的风险，陶瓷材料颗粒一旦脱落，导致隔膜厚度不均匀，内部电流一致性差，致使电池循环性能受到影响。陶瓷涂覆层的掉粉问题，是由于基材层的材质为PE、PP等聚合物，这种聚烯烃材料是一种非极性材料，基材层与粘结剂、陶瓷分子间作用力微弱，所以仅利用粘结剂方式增加涂层附着力效果有限。

发明内容

为解决带有陶瓷涂覆层的隔膜的掉粉问题，本发明提供一种隔膜、其制备方法及包含它的锂离子电池。

本发明一方面提供一种隔膜，包括多孔基材层、中间层和陶瓷涂层；所述中间层包括金属氧化物粉体，所述金属氧化物粉体粒径小于所述多孔基材层的孔径且所述金属氧化物粉体部分或全部嵌入所述多孔基材层。

本发明另一方面提供该隔膜的制备方法包括：通过等离子物理气相沉积将金属氧化物粉体沉积于多孔基材层的表面形成中间层，所述金属氧化物粉体粒径小于所述多孔基材层的孔径且所述金属氧化物粉体部分或全部嵌入所述多孔基材层；及在所述中间层表面形成陶瓷涂层。

本发明另一方面提供一种包括该隔膜的锂离子电池。

本申请采用多孔基材层-中间层-陶瓷涂层三层结构构筑隔膜，其中中间层中金属氧化物粉体粒径小于多孔基材层的离子传输孔径，金属氧化物粉体沉积在孔隙中，形成与基材层牢固结合的中间层，并且中间层中小粒径的金属氧化物粉体与其表层涂覆的陶瓷涂层之间的纳米锚定效应，增加陶瓷涂层与基材层之间的结合力，从而避免掉粉。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

本发明的隔膜，包括多孔基材层、中间层和陶瓷涂层。中间层包括金属氧化物粉体，金属氧化物粉体粒径小于多孔基材层的孔径且金属氧化物粉体部分或全部嵌入多孔基材层。

在优选的实施方式中，中间层厚度为10nm以下、面密度为0.01-0.08g/m²。本申请中所述的“中间层厚度”是分布有金属氧化物粉体的材料厚度。通过限定中间层的厚度为10nm以下且面密度为0.01-0.08g/m²，可以保障锂离子传输所需的通道，因为较小颗粒的金属氧化物粉体堆积密度较高，过厚(超过10nm)或面密度过大(超过0.08g/m²)的话，会导致电池内阻升高。本发明通过设置中间层作为过渡层，可以利用中间层中小粒径的金属氧化物粉体与表层涂覆的陶瓷涂层之间的纳米锚定效应，增加表层与基材层之间的结合力，从而避免掉粉。外层陶瓷涂层为普遍采用的涂覆手段形成的陶瓷涂层，优选陶瓷涂层厚度为2-5μm、面密度为3.5-4.5g/m²，在涂层厚度和面密度在该范围之内可以满足锂离子的正常传输。

多孔基材层可以常用的电池隔膜材料，例如可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)或其复合膜等。中间层和陶瓷涂层可以形成在多孔基材层的一个表面，也可以形成在两个表面。优选，中间层和陶瓷涂层形成在多孔基材层的两个表面。