[发明专利]一种陶瓷微球、含有该陶瓷微球的隔膜及含有该隔膜的锂离子电池

说明书

本发明提供了一种陶瓷微球、含有该陶瓷微球的隔膜及含有该隔膜的锂离子电池。所述陶瓷微球具有核壳结构，即包括壳层和核芯，形成所述壳层的材料包括热敏聚合物，形成所述核芯的材料包括多孔陶瓷材料。本发明区别于传统的锂离子电池隔膜，采用聚合物定向设计包覆的方法，筛选热敏聚合物包覆多孔陶瓷材料，在不影响锂离子电池性能的前提下，在隔膜表面涂覆含有热敏聚合物包覆多孔陶瓷材料的微球，能有效改善锂离子电池的高温安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种陶瓷微球、含有该陶瓷微球的隔膜及含有该隔膜的锂离子电池。

背景技术

随着3C产品的普及和电动汽车市场的兴起，对锂离子二次电池的需求越来越大。隔膜作为锂离子电池的关键部件，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。因此，高性能隔膜的开发已经成为改善锂电池性能的重要方向，尤其隔膜的安全性成为我们关注的重点。

锂离子二次电池以能量密度、安全、环保闻名于世，但能量密度的提升不可避免的影响电池安全性能。锂离子电池的安全性是业内一直关注的重点，而隔膜的安全性是其中的重中之重。这就要求隔膜具有优异的力学性能，较低闭孔温度和较高的温度下保持形状的能力。现在大规模商用化的锂电池隔膜主用采用聚烯烃如聚丙烯和聚乙烯材质，随着人们对锂电池性能要求越来越高，单纯这两种材质的隔膜热安全性和保持电解液的能力难以满足要求，研究制备其他材料和聚烯烃的高性能复合隔膜成为目前隔膜改性的最重要的方向。

传统的改善隔膜耐热性能主要在聚烯烃基材表面涂覆一层或多层耐热性涂层。如有文献提到在聚烯烃基材隔膜表面涂覆一层无机陶瓷微球，提高隔膜的耐热性能，但这不能从根本上解决电池的安全性能；还有文献提到在聚烯烃基材隔膜表面涂覆一层改性无机陶瓷微球，提高隔膜的耐热性，但同样不能从根本上解决电池的安全性能；另外有文献提到在聚烯烃基材隔膜表面涂覆一层热敏感涂层，改善电池的耐过充性能，由于在涂层加入了大量的聚合物热膨胀微球，降低了电池的循环和倍率性能。

发明内容

传统的解决隔膜的耐热性，主要是通过在聚烯烃基材隔膜表面涂覆一层或多层耐热性涂层以提高隔膜的耐热性，但这种方法只是暂时提高了电池的安全性能，不能从根本上解决电池的安全问题。

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种含有涂覆层的隔膜及含有该隔膜的锂离子电池，所述涂覆层由包括陶瓷微球的混合体系涂覆得到，所述陶瓷微球具有核壳结构，即包括壳层和核芯，形成所述壳层的材料包括热敏聚合物，形成所述核芯的材料包括多孔陶瓷材料。含有所述涂覆层的隔膜，在常规使用过程中不会发生变化，也不会对锂离子电池产生不良影响，但是在锂离子电池受热达到热敏聚合物的热敏温度区间(如110-140℃)时，热敏聚合物发生熔融形成一保护层，该保护层可以阻隔锂离子通过，避免电池正负极的进一步反应释放大量的热量造成热失控，同时热敏聚合物熔融后会释放出内部的多孔陶瓷材料，而该多孔陶瓷材料可以吸附电池在高温下产的部分气体，进一步提升电池的安全性能，实现从根本上解决电池的安全性能。

具体的，本发明提出了如下技术方案：

一种陶瓷微球，所述陶瓷微球具有核壳结构，即包括壳层和核芯，形成所述壳层的材料包括热敏聚合物，形成所述核芯的材料包括多孔陶瓷材料；所述多孔陶瓷材料的平均孔径为10-200nm。

根据本发明，所述多孔陶瓷材料的平均孔径如10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm，或者这些孔径的任意组合的范围内的具体选择。