[发明专利]一种无机固态电解质复合膜的制备方法、复合膜和锂电池

说明书

本发明公开了一种无机固态电解质复合膜的制备方法、复合膜和锂电池，属于锂金属电池领域，通过将无机固态电解质粉体、分散剂、粘结剂和溶剂混合，制备无机固态电解质浆料；然后将无机固态电解质浆料涂覆在基膜的一侧表面，并烘干，得到前驱膜；最后将所述前驱膜经过辊压装置进行辊压，辊压的过程中控制温度和压力，使无机固态电解质材料部分嵌入至基膜，且所述无机固态电解质材料嵌入至基膜的深度为基膜厚度的1/10～1/5，进而得到无机固态电解质材料与基膜紧密结合的无机固态电解质复合膜。

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜技术，特别涉及一种无机固态电解质复合膜的制备方法、复合膜和锂电池。

背景技术

锂离子电池由于其能量密度高、无记忆效应、自放电小且循环寿命长而在各个领域得到广泛应用，如电子产品、电动工具、电动汽车以及储能领域等。近年来，随着新能源行业的不断发展，锂离子电池的安全性能、能量密度、循环寿命的要求也在不断提高，因此提高锂离子电池安全性和电化学性能是目前研究的重点。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，对电池的安全性能，循环性能，倍率性能等性能起到了至关重要的作用。因此隔膜必须具备良好的机械强度、高温尺寸稳定性、电化学稳定性。常规的聚烯烃隔膜因材料性能限制，耐高温、抗穿刺等性能均难以满足要求。目前常用的对基膜改性增强的方式是在基膜一侧或两侧涂覆惰性无机材料，如Al₂O₃、AlOOH、SiO₂、TiO₂、MgO等，以提高隔膜的耐热性和抗穿刺性能。该改性方式获得显著的效果但同时也带来一些负面影响，如电池的内阻增加、电池的能量密度降低等。目前已有一些改性方式将涂覆材料由氧化铝等材料改为用无机固态电解质材料代替，以提高离子电导率，降低电池内阻。

如CN106910860A锂电池隔膜涂层、隔膜及制备方法、CN109494390A一种改性固态电解质膜及其制备方法和锂电池、CN113540693A一种锂电池隔板等都有介绍，但这些方法都是通过涂覆的方式将固态电解质材料与基材结合，难以实现深度嵌入。在使用时仍无法兼顾电池的能量密度。且由于固态电解质材料与基材之间的结合仅通过粘结剂的交联作用，在循环过程中由于电极的体积变化很容易导致涂层与基材之间分离导致失效，最终影响循环寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无机固态电解质复合膜的制备方法、复合膜和锂电池，无机固态电解质材料能够深度嵌入聚烯烃基膜材料中并紧密结合，能够抵抗循环过程中锂离子嵌入/脱出和温度等影响导致电池组件产生应变而对隔膜产生的应力，避免破坏涂层结构，进而提升电池循环性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种无机固态电解质复合膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、将无机固态电解质粉体、分散剂、粘结剂和溶剂混合，制备无机固态电解质浆料；

S2、将无机固态电解质浆料涂覆在基膜的一侧表面，并烘干，得到前驱膜；

S3、将所述前驱膜经过辊压装置进行辊压，辊压的过程中控制温度和压力，使无机固态电解质材料部分嵌入至基膜，且所述无机固态电解质材料嵌入至基膜的深度为基膜厚度的1/10～1/5，进而得到无机固态电解质材料与基膜紧密结合的无机固态电解质复合膜。

作为优选，所述步骤S3中辊压过程中的温度为90～110℃。

作为优选，所述步骤S3中辊压过程中的压力为10～50kPa。

作为优选，所述基膜的厚度为9～20μm，所述基膜的孔隙率为35％～45％，所述基膜的孔径分布为0.06～0.2μm。

作为优选，所述无机固态电解质粉体、分散剂、粘结剂和溶剂的质量比为(20～70)：(1～10)：(5～20)：100。