[发明专利]一种具有补锂效果的复合隔膜及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种具有补锂效果的复合隔膜，包括基膜、分别位于基膜上表面和下表面的第一陶瓷涂层和第二陶瓷涂层、以及位于所述第一陶瓷涂层上表面的补锂凝胶涂层和位于所述第二陶瓷涂层下表面的凝胶涂层。本发明的隔膜中的陶瓷涂层提高隔膜的耐温性能，改善隔膜的热收缩性，避免隔膜高温下出现热收缩导致隔膜发生变形而使正负极直接接触从而引发短路产生爆炸，补锂凝胶涂层可以实现对硅碳负极极片的均匀精准补锂，防止硅碳负极发生过度锂化出现析锂，补锂结束后，凝胶涂层与极片在热压整形的作用下具有更高的粘结力，同时残留在补锂涂层中的锂离子良导体粉体具有良好的离子电导率，促进锂离子的传导。

技术领域

本发明属于锂电池补锂技术领域，尤其是涉及一种具有补锂效果的复合隔膜及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

现有技术中，专利CN102610861A中将金属锂带直接压在负极片表面上，在电解液浸润下，利用锂带为负极极片进行补锂，降低首次充电的不可逆容量损失，提升电池的能量密度。集流体采用的实心铜铝箔，需在每个负极极片表面复合锂片，目前市场上锂带均较厚，由于锂金属质地较软，将锂带进行压延加工成锂箔，为保证锂箔的均一性，锂箔的厚度和宽度不能无限扩展，预锂化结束后往往会造成锂箔(带)不能完全消耗，导致析锂，产生锂枝晶，存在安全隐患。专利CN102779975A中公开了一种采用静电效应将锂金属粉末直接通过机械振动喷洒在负极片的表面进行补锂的方法，即“干法补锂”，该方法虽然简单易行，但是锂粉比表面积很大，在空气中容易漂浮，有被人体吸入的风险，在操作环境中产生粉尘，操作过程存在巨大的安全隐患，并且造成环境污染较大，生产效率也较低。专利CN108878974A公开了一种采用补锂电解液进行补锂的方法，先将补锂电解液注入锂离子电池中，将锂离子电池预充至补锂电压，来对负极补锂并控制补锂量，待补锂反应完成后除去剩余的补锂电解液，然后重新注入常规电解液，随后再对电池进行预充化成。该方法工序比较繁琐，对电解液性能可能产生影响，从而影响电池的性能，并且对提高电池安全性没有任何帮助。专利CN109888192A公开了一种锂离子电池负极片补锂的方法，将负极片与碳酸氢锂溶液接触后进行干燥，从而得到补锂负极片，然后所述补锂负极片、正极片、隔膜和电解液进行装配然后化成得到所需的锂离子电池，该负极补锂方法效果有待提高，并且难以实现负极的精确补锂。有鉴于此，本发明旨在提出一种具有补锂效果的复合隔膜，直接用于锂离子电池负极的均匀、精准补锂，从而提高锂离子电池的首次库伦效率以及循环性能。

发明内容

本发明为解决硅碳负极首次充放电库伦效率的问题，提供一种具有补锂效果的复合隔膜及其制备方法和锂离子电池，该隔膜含有陶瓷涂层和补锂凝胶涂层，在提高隔膜的耐温性能，改善隔膜的热收缩性的同时可以实现硅碳负极均匀且精准补锂，提高电池首次充放电效率和能量密度，同时改善隔膜的锂离子传导。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有补锂效果的复合隔膜，包括基膜、分别位于基膜上表面和下表面的第一陶瓷涂层和第二陶瓷涂层、以及位于所述第一陶瓷涂层上表面的补锂凝胶涂层和位于所述第二陶瓷涂层下表面的凝胶涂层。

进一步的，基膜厚度为5-20μm，基膜为聚乙烯基膜、聚乙烯无纺布基膜、聚丙烯基膜、聚丙烯无纺布基膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合基膜、聚酰亚胺基膜、聚酰亚胺无纺布基膜、聚四氟乙烯基膜、聚四氟乙烯无纺布基膜、聚氯乙烯基膜、聚氯乙烯无纺布基膜中的一种。

进一步的，陶瓷涂层浆料包括以下以质量百分含量表示的组分：陶瓷粉体90％-98％、粘结剂2％-10％，陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、勃姆石、氢氧化镁、硫酸钡、氧化硅、氮化铝、氧化镁、二氧化钛、氧化钇和氧化铈中的至少一种，粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、丙烯酸、聚氧化乙烯、羧甲基纤维素纳、丁苯橡胶、羟丙基甲基纤维素、羧基丁苯乳胶、聚乙烯醇中的至少一种；溶剂为去离子水、乙醇、NMP中的一种。