[发明专利]一种低闭孔温度的复合隔膜及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种低闭孔温度的复合隔膜及其制备方法和用途，所述复合隔膜包括涂层和基膜；所述涂层的原料包括纳米无机陶瓷材料、预混胶液、增稠剂以及低熔点高分子材料；所述预混胶液包括粘结剂和助剂；所述纳米无机陶瓷材料、预混胶液、增稠剂、低熔点高分子材料以及水的质量比为(15～35)：(1～6)：(0.1～1)：(16～35)：(40～67)；本发明所述复合隔膜通过加入低熔点高分子材料并控制其配比，降低了复合隔膜的闭孔温度，提高了锂离子电池的安全性，且制备过程中无需加入分散剂与润湿剂，经济效益好，有利于工业化规模生产，具有较好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种低闭孔温度的复合隔膜及其制备方法和用途。

背景技术

近年来，锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长、自放电低、无记忆效应等优点，被广泛用作移动电子、电动汽车和电网储能电源。然而，随着锂离子电池的应用范围越来越广泛，电池的能量密度越来越高，电池的安全问题也日益突出。在很多安全事故中，内部短路已被认为是锂离子电池热失控的主要原因。当电池受到机械或热冲击时，例如振动、碰撞和过热等，电池内活性颗粒脱落甚至会导致隔膜破损，电池正负极直接接触，瞬间释放大量的热量和易燃气体，使得电池内压力和温度在短时间内急剧上升，最终导致电池破裂、着火甚至爆炸。

隔膜作为锂离子电池中的重要组成部分，在电池内起到隔开正负极片、防止两级接触导致电池短路，并允许电解液中的锂离子自由通过的作用。总而言之，隔膜性能的好坏，直接反映出锂离子电池的安全可靠性。为了提高隔膜的安全性，目前的常用做法是在PP隔膜或PE隔膜单面或双面涂覆一层高熔点的无机陶瓷，例如三氧化二铝、氮化硼、氧化锌或二氧化硅等。无机陶瓷涂层不仅保持了PP隔膜或PE隔膜原有的特性，还赋予隔膜高耐热功能，使隔膜在150℃仍可保持完好形态，大大减少了隔膜因受热收缩导致的短路问题。

但是现有的陶瓷隔膜热稳定性还是非常有限。以PE隔膜为例，发生内短路时，电池温度快速上升，当温度达到PE的熔点135℃左右时，隔膜开始熔化阻塞隔膜中的微孔，离子传输路径被切断，电池反应停止。然而实际上，由于PE的闭孔温度决定电池的热失控温度，而陶瓷材料的导热系数较低，对温度变化的热响应较慢，电池内部局部热量难以扩散。因而即使隔膜孔关闭，电池内积聚的热量仍然会导致内部温度持续上升，隔膜熔化，正负极片直接接触发生氧化还原反应，且高温使得电池内的反应更加剧烈，最终电池结构崩溃，引发更严重的热失控。因此，降低隔膜的闭孔温度，对锂离子电池的应用具有重要的意义。

CN109980165 A公开了一种低温闭孔的高力学性能复合薄膜及其制备方法和应用，该复合薄膜包括基膜、涂覆于基膜一个表面的低温闭孔层和涂覆于另一表面的耐高温涂层；低温闭孔层为熔点低于140℃的聚合物水分散乳液涂布成；耐高温涂层由陶瓷或芳纶涂布成；基膜由上表层、中间层和下表层组成，中间层为聚丙烯通过微纳层叠技术形成多层结构，上下表层均为聚丙烯层；其制备方法包括1)聚合物涂覆浆料的制备；2)耐高温涂层涂覆浆料的制备；3)微纳层叠；4)共挤膜片的制备；5)退火；6)拉伸；7)涂布；该复合薄膜结构及其制备方法较为复杂，且闭孔温度最低仅为107℃。

CN103066227 A公开了一种具有低温闭孔性能和良好尺寸稳定性的柔性复合陶瓷膜及其制备方法和用途，该复合陶瓷膜的制备方法是：将前体化合物I和II通过水相溶胶-凝胶法或非水溶胶-凝胶法制成功能性浆液涂，将功能性浆液涂覆在含活性官能团的基体膜上，加热或置于紫外光下照射；将得到的复合膜在乙醇中浸泡以除去致孔剂，然后进行热压和干燥，得到柔性复合陶瓷膜；该制备方法复杂，时间长，且得到的柔性陶瓷复合膜闭孔温度较高，不能明显改善锂离子电池的热失控问题。

综上所述，如何提供一种制备方法简单且闭孔温度更低的复合隔膜，提高电池的安全性，成为当前亟待解决的问题。

发明内容