[发明专利]一种锂离子电池隔膜及其制备方法、锂离子电池

说明书

本公开涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法、锂离子电池，该隔膜包括基膜，基膜含有催化剂复合颗粒；或者，该隔膜包括基膜和涂层，至少部分基膜的表面覆有涂层，涂层含有催化剂复合颗粒；催化剂复合颗粒包括内核和包覆于内核的外表面的外壳，内核含有可催化电解液中至少一种成分发生聚合反应的催化剂，外壳含有热塑性聚合物，热塑性聚合物的熔点不高于基膜的熔点。本公开的锂离子电池隔膜具有较宽的温度使用范围，含有本公开的隔膜的锂离子电池具有较高的安全性和容量保持率。

技术领域

本公开涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

随着新能源领域对锂离子电池的能量密度要求逐步提高，正极材料从传统的磷酸铁锂过渡到三元电极，以及到高镍三元正极，负极材料也在从传统的石墨向硅碳材料过渡，但高能量密度意味着高风险，锂电池在高温热失控下的安全问题日益明显。现有的陶瓷涂覆法虽已将聚烯烃隔膜的耐热温度从140℃提升至150℃左右，但在更高温度下，陶瓷层会发生粉化现象且其机械强度无法保持，无法阻止正负极接触，电池进而亦会发生起火爆炸。因此为匹配更高能量密度的锂电池，具有更优耐温性能的电池隔膜的研究和开发已是刻不容缓。

目前，综合工艺和成本的因素，将具有耐高温性质的聚合物材料涂覆于聚烯烃基膜表面来制备具有优异性能的复合隔膜已成为主流方案。其中，芳纶材料可耐住400℃高温而不发生分解和熔化、对电解液具有良好的浸润性且不发生溶胀、在电解液中可保持优异的机械强度，已被作为复合隔膜的优选材料。专利CN106252565B公开了一种涂覆有无机纳米颗粒涂层、芳纶涂层和胶黏剂涂层的四层复合隔膜，提升了隔膜的耐温性、浸润性、与电极接触的紧密性等，但芳纶浆料的配方过于繁杂，需同时加入分散剂、乳化剂、粘结剂等成分，容易导致最后隔膜的透气性不佳、且成本过高等风险。专利CN107170942A公开了另一种将芳纶与陶瓷颗粒混合涂覆的复合隔膜，简化了涂覆工艺，但此种油系混涂方案会导致陶瓷分散不均，团聚效果明显且透气性较差。另外，从隔膜结构组成方面分析，同时涂有无机纳米粒子和芳纶材料的隔膜虽可在高温下具有一定的尺寸完整性和机械强度，但并不能有效阻断锂离子在高温下的快速传输，无法阻止热失控的进一步升级。

发明内容

本公开的目的是为了克服现有的锂离子电池安全性差的问题，提供一种锂离子电池隔膜及其制备方法、锂离子电池。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种锂离子电池隔膜，该隔膜包括基膜，所述基膜含有催化剂复合颗粒；或者，该隔膜包括基膜和涂层，至少部分所述基膜的表面覆有所述涂层，所述涂层含有所述催化剂复合颗粒；

所述催化剂复合颗粒包括内核和包覆于所述内核的外表面的外壳，所述内核含有可催化电解液中至少一种成分发生聚合反应的催化剂，所述外壳含有热塑性聚合物，所述热塑性聚合物的熔点不高于所述基膜的熔点。

可选地，所述涂层由所述催化剂复合颗粒组成；或者，

所述涂层还含有芳纶材料和/或陶瓷材料。

可选地，所述涂层包括芳纶涂层和陶瓷涂层，所述芳纶涂层含有所述芳纶材料和所述催化剂复合颗粒，所述陶瓷涂层含有所述陶瓷材料；至少部分所述基膜的表面覆有所述芳纶涂层，所述陶瓷涂层的表面可选地覆有所述芳纶涂层。

可选地，以所述催化剂复合颗粒的总重量为基准，所述催化剂的含量为10-50重量％。

可选地，所述催化剂复合颗粒的平均粒径为50-400nm。

可选地，所述基膜的厚度为5-40μm，孔隙率为20-80％；所述陶瓷涂层的厚度为0.5-5μm；所述芳纶涂层的厚度为0.3-5μm。

可选地，所述可催化电解液中至少一种成分发生聚合反应的所述催化剂为可催化碳酸乙烯酯发生聚合反应的催化剂。