[发明专利]一种复合隔膜、包含其的锂离子电池及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种复合隔膜、包含其的锂离子电池及其制备方法和应用，所述复合隔膜包括依次设置的含Ti氧化物固态电解质层、第一含Ti氧化物固态电解质/陶瓷氧化物搭配层、聚烯烃层和第二含Ti氧化物固态电解质/陶瓷氧化物搭配层；所述复合隔膜通过多层结构设计并且对每层材料进行特定选择，成功得到了化学稳定性强的复合隔膜，应用于锂离子电池，有利于提升锂离子电池的锂离子传输效率和循环性能，具有重要的研究价值。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种复合隔膜、包含其的锂离子电池及其制备方法和应用。

背景技术

目前锂离子电池主要以液态电解液为主，但是液态电池存在安全性能差，易燃等问题；全固态电池，因其离子传输全部依赖固态界面，因此其界面电阻大，离子传输能力弱，更有甚者在常温下不能很好的充放电，倍率循环等性能都较差，无法实现商业化的生产。

锂离子电池包括正极、负极、隔膜及电解液等四大材料，锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一；隔膜主要是以聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜。隔膜的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。

目前，常用锂离子电池采用锂离子电池隔膜和大量含有锂离子的电解液，随着电池多次循环充放电，会形成一些锂枝晶，可能会刺穿锂离子电池隔膜，引发电池短路，出现爆炸燃烧等安全事故，需要开发一种安全性能更高的隔膜材料，是锂离子电池隔膜材料技术发展的迫切需求。

CN112688029A公开了一种锂离子电池多层复合隔膜及其制备方法；所述多层复合隔膜包括若干个功能层和聚烯烃层；所述聚烯烃层设置在相邻两个功能层之间。其中，功能层包括以下质量百分数的原料，聚烯烃80～100％、LATP纳米颗粒0～20％；多层复合隔膜的厚度为5～60μm，多层复合隔膜的微孔结构体积占比分数为30～70％，微孔孔径为30～100nm。该多层复合隔膜可通过湿法或干法工艺复合得到，制备得到的多层复合隔膜自带锂离子，可有效提高电池能量密度，提高隔膜的机械强度；隔膜内部形成类似千层饼的曲折结构可阻止锂枝晶的形成，从而避免锂枝晶刺穿锂离子电池隔膜，引发电池短路，出现爆炸燃烧等安全事故。CN109888158A公开了一种锂电池隔膜及其制备方法，该发明得到的锂电池隔膜包括多孔聚烯烃基膜和核壳结构无机氧化物涂层，所述核壳结构无机氧化物涂层位于所述多孔聚烯烃基膜表面，核壳结构无机氧化物涂层的涂覆物料为核壳结构无机氧化物颗粒，所述核壳结构无机氧化物颗粒包括亚微米的无机氧化物核和纳米无机氧化物壳层。但上述两个专利得到的隔膜的离子传输阻力大，价格昂贵，无法优化电芯长期循环的性能，限制了锂离子电池的工业化生产和应用。

CN112467117A公开了一种磷酸钛铝锂包覆的石墨复合材料及其制备方法、电池负极。所述磷酸钛铝锂包覆的石墨复合材料包括：内核，内核的材料包括石墨；壳层，壳层包覆于内核外，壳层的材料包括磷酸钛铝锂和碳；以及钝化层，钝化层包覆于壳层外。在石墨外包覆磷酸钛铝锂和碳，可以提高导电性，磷酸钛铝锂有较高的锂离子导电性，可以提高锂离子的传输效率，与其他材料相比，磷酸钛铝锂具有结构稳定，化学稳定性强，循环性能好等特性。钝化层对覆磷酸钛铝锂具有钝化作用，降低磷酸钛铝锂的副反应发生，提升其存储性能及其循环性能，从而提高磷酸钛铝锂包覆的石墨复合材料的锂离子的传输效率、倍率性能及安全性能。但是，这种电池的制备工艺复杂，花费较高，制作周期较长，不利于大范围、大批量生产和应用。

因此，开发一种化学稳定性强且制备方法简单的复合隔膜，是本领域目前迫在眉睫需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合隔膜、包含其的锂离子电池及其制备方法和应用，所述复合隔膜包括依次设置的含Ti氧化物固态电解质层、第一含Ti氧化物固态电解质/陶瓷氧化物搭配层、聚烯烃层和第二含Ti氧化物固态电解质/陶瓷氧化物搭配层；所述复合隔膜通过多层结构设计并且对每层材料进行特定的选择，成功得到了化学稳定性强的复合隔膜，应用于锂离子电池，有利于提升锂离子电池的电学性能和安全性能，具有重要的研究价值。