[发明专利]有机-无机复合锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种有机‑无机复合锂离子电池隔膜及其制备方法。所述有机‑无机复合锂离子电池隔膜包括纳米尺度均匀复合的高分子母粒P(VdF‑HFP)和无机锂离子导体陶瓷颗粒，所述无机锂离子导体陶瓷颗粒为Li₃PO₄、LiZr₂(PO₄)₃、Li₇La₃Zr₂O₁₂、LiBPO₄、Li₄SiO₃、Li_1+xTi_2‑xAl_x(PO₄)₃（0≤x≤0.5）、Li₇P₂S₈I、Li₁₀GeP₂S₁₂中的一种或几种；所述高分子母粒P(VdF‑HFP)和无机锂离子导体陶瓷颗粒的质量比为50：1~5：1。

技术领域

本发明涉及一种有机-无机复合锂离子电池隔膜及其制备方法，具体涉及一种聚(偏氟二氟乙烯-co-六氟丙烯)基与新型无机锂离子导体陶瓷在纳米尺度均匀复合的锂离子电池复合隔膜及其制备方法。

背景技术

隔膜是夹在锂离子电池正负极之间的一层薄膜材料，起着隔绝电子、防止短路、导通离子的作用。隔膜自身的性能在很大程度上影响电池的服役行为：首先，隔膜自身必须具有一定的刚度和良好的韧性，以经受电池成型加工中的力学冲击与电池服役中可能产生的锂枝晶穿刺；其次，隔膜需具有较好的耐热性能，避免在过高温度时隔膜发生收缩，导致电池正负极接触短路；第三，隔膜自身对锂离子的导通性能要良好，以降低电池内阻，提升电池的开路电压与倍率性能；最后，隔膜本身应该是一层惰性材料，不发生化学、电化学反应以影响电池内部化学环境。经过数十年的发展，大多数锂离子电池制造商选择了多孔聚乙烯 (PE)、多孔聚丙烯(PP)隔膜。这种聚烯烃隔膜的优点在于制造工艺成熟、价格低廉、具有理想的孔隙率与力学强度，但其短板同样明显，聚烯烃耐热性不佳。PE在150℃、PP在 170℃就会发生剧烈收缩，导致电池正负极接触短路。为了改善聚烯烃隔膜的耐热性，商家往往在聚烯烃隔膜表面涂覆1～3μm厚的陶瓷涂层，如AL₂O₃、AlOOH等等，制成有机-无机复合隔膜。经实践表明，这层附加的陶瓷涂层能大幅度提升聚烯烃隔膜的耐热性，但其弊端亦十分显著，附加的涂层往往会提升隔膜极化内阻。究其原因，尽管陶瓷颗粒对电解液有较好的亲和性，隔膜整体的离子电导率有所上升，但隔膜厚度增加，其内阻实际上是净增长。因此，如何平衡隔膜的热稳定性与离子电导这一对矛盾，是隔膜研究的核心问题。

前文已述，涂有陶瓷涂层的有机-无机复合隔膜能够改善纯有机隔膜的热稳定性，但对隔膜电阻有不利影响，其根本原因是隔膜的有机本体与无机部分的复合仍然不够“亲密”，陶瓷成分仍然属于附加的涂层。若能想办法将陶瓷涂层“浸入”隔膜内部，则有望达到高热稳定性与高离子电导的双赢。简单地将小颗粒陶瓷通过浸涂的方法嵌入隔膜孔道内部往往难以奏效，因为这样会堵塞隔膜孔道，造成锂离子传输路径弯曲程度加大，反而会增加隔膜内阻。因此，有机基体与无机部分理想的复合状态应该是纳米尺度的均匀分散。要做到这一点，必须谨慎地选择亲和性比较好的有机物与无机物。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种聚(偏氟二氟乙烯-co-六氟丙烯)基 (以下简称P(VdF-HFP))与新型无机锂离子导体陶瓷在纳米尺度均匀复合的锂离子电池复合隔膜及其制备方法。该新型隔膜具有超高热稳定性、低溶胀效应、高锂离子电导等诸多优点，且可连续卷对卷生产，可有效运用于现有的锂离子电池体系，包括纽扣、软包、柱形等等。