[发明专利]电池隔膜涂层材料及其制备方法、电池隔膜和电池

说明书

本申请公开了一种电池隔膜涂层材料及其制备方法、电池隔膜和电池，该电池隔膜涂层材料包括粘结剂和填充多孔材料，所述填充多孔材料包括具有孔道结构的多孔碳和填充在所述孔道结构中的填充粒子，所述填充粒子用以促进锂离子迁移。多孔碳的孔道结构能够为锂离子搭建快速迁移的桥梁，使锂离子能够在多孔碳的孔道结构中进行迁移。同时，在多孔碳的孔道结构中填充有填充粒子，该填充粒子能够进一步促进锂离子迁移，进而使得形成的电池隔膜涂层材料具备较高的离子电导率，使用的多孔碳具有较高的比表面积，后续能够为电解液蓄积提供空间，进而能够提升制得的电池隔膜的保液率。

技术领域

本申请涉及电池隔膜技术领域，尤其是涉及一种电池隔膜涂层材料及其制备方法、电池隔膜和电池。

背景技术

近年来，随着国民经济发展和社会进步，能源问题和环境问题成为了世界各国的关注点。化石燃料的过度消耗以及能源需求进一步增长，推动了清洁能源的开发和利用。

锂离子二次电池因其高能量密度、高工作电压以及长循环寿命，是目前数码、电动汽车产品等领域的首选电源。隔膜作为锂离子电池的一个重要组成部分，直接影响着电池的成本和使用性能，因为隔膜的主要作用是隔开正负极，防止两极接触导致短路，隔膜材料要求导离子而不导电子，目前已经商业应用的锂电池隔膜材料主要是聚烯烃类材质，主要包括PE(聚乙烯)和PP(聚丙烯)。

锂离子电池中，电解液为有机溶剂体系，因此隔膜材料需要耐有机溶剂的腐蚀，同时具有足够的化学和电化学稳定性。目前锂电池隔膜材料虽然经过很多的制备技术改进以及涂层改性，性能有所提升，但是目前市场所用的隔膜还是存在离子电导率低的问题。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种电池隔膜涂层材料及其制备方法和电池隔膜，利用该电池隔膜涂层材料制得的电池隔膜具有较高的离子电导率和电解液保液率。

本申请的第一方面，提出了一种电池隔膜涂层材料，包括填充多孔材料，所述填充多孔材料包括具有孔道结构的多孔碳和填充在所述孔道结构中的填充粒子，所述填充粒子用以促进锂离子迁移。

根据本申请实施例的电池隔膜涂层材料，至少具有如下有益效果：

本申请实施例提供的电池隔膜涂层材料，包括填充多孔材料，填充多孔材料包括具有孔道结构的多孔碳和填充在孔道结构中的填充粒子。多孔碳的孔道结构能够为锂离子搭建快速迁移的桥梁，使锂离子能够在多孔碳的孔道结构中进行迁移。同时，在多孔碳的孔道结构中填充有填充粒子，该填充粒子能够进一步促进锂离子迁移，进而使得形成的电池隔膜涂层材料具备较高的离子电导率，使用的多孔碳具有较高的比表面积，后续能够为电解液蓄积提供空间，进而能够提升制得的电池隔膜的保液率。此外相较于其他多孔材料，多孔碳还具有良好的导热和散热能力，能够进一步提高制得的电池隔膜的热稳定性。

在本申请的一些实施方式中，所述填充粒子包括锂镧锆氧材料、掺杂锂镧锆氧材料、碱金属化合物、氮化物中的至少一种。与直接具备锂离子迁移能力的物质不同，本申请中使用的填充粒子具有促进锂离子迁移的作用，充当锂离子迁移的推动力，如锂镧锆氧材料为石榴石型电解质，起到传导离子的作用；掺杂型锂镧锆氧材料可以例举的有能够提高锂离子传输速率的钽掺杂锂镧锆氧材料；碱金属化合物可以例举的有纳米片状钛酸锂，二维片状纳米结构可有效缩短锂离子的扩散距离，进而促进锂离子的快速迁移；氮化物可以例举的有氮化钛(TiN)，氮化钛的超高金属导电性有助于电子转移，同时使锂离子快速扩散。

在本申请的一些实施方式中，所述多孔碳包括碳纳米管、介孔碳、活性炭、多孔石墨烯中的至少一种。这些多孔碳材料具有固定孔径的管状孔道结构和高比表面积，固定孔径的管状孔道结构可以容纳填充粒子，高比表面积可以吸附电解液使电解液能够聚集在电池隔膜涂层内部，通过其中的填充粒子进行推动，保证锂离子的快速迁移，提高电池隔膜涂层的吸液和保液能力，同时还可以降低电极和隔膜的界面阻抗，此外，多孔碳材料还可以使隔膜具有更好的导热和散热能力，提升隔膜热稳定性。