[发明专利]一种微胶囊、含该微胶囊的锂离子电池隔膜和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种微胶囊，由内部负载有灭活剂的中空介孔微球和包覆在所述中空介孔微球表面的聚合物层构成；所述中空介孔微球的D50≤3um、D90≤8um，孔体积为0.2‑0.3cm³/g、孔径为100‑300nm；所述灭活剂为有机酸；所述聚合物的熔点为100‑250℃。本发明还公开了含该微胶囊的锂离子电池隔膜和锂离子电池。本发明的微胶囊负载在隔膜上，可以在高温下释放出灭活剂，与负极方向高活性物质反应，降低负极活性，提高锂离子电池的热安全，对能量型锂离子电池安全性具有重要的价值。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种微胶囊、含该微胶囊的锂离子电池隔膜和锂离子电池。

背景技术

锂离子动力电池凭借工作电压高、循环寿命长及充放电速度快等优势逐步建立了广大的市场，在小型电子产品如手机、电脑、电动工具等领域有着重要的作用。随着电动汽车和储能领域的发展，对锂离子电池的使用条件更加苛刻，特别在极端条件下(高温)，要保证电池的循环性能和安全性能。然而，随着能量密度的不断提升，锂离子电池的稳定性遇到极大挑战，尤其是高温情况下。目前，提升电池热安全性的常用方式有正极材料改性、隔膜涂覆、模组设计、BMS管理等，以上方式对材料制备、设计要求较高。

发明CN105932200A发明专利提供一种锂离子电池复合隔膜及其制备方法和锂离子电池，该专利在基膜表面有一层微胶囊保护层，胶囊内含有相变材料和阻燃剂；CN105932200A和CN113181589A发明专利所述微胶囊内部包覆液态灭火剂和冷却剂，在电池失火时能够起到灭火作用；CN112029343A和CN112018445A发明专利提出一种自毁结构的微球结构，在电池热失控时，微胶囊破裂释放化学抑制剂阻断电池的氧化还原反应，从而提高电池的安全性。但是以上所说的微胶囊微球结构存在反应速度不迅速的问题，只是在电池已经发生热失控时所采取的一种灭火防护措施，不能从根源上消除电池热失控的风险。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种微胶囊、含该微胶囊的锂离子电池隔膜和锂离子电池。

本发明提出的一种微胶囊，由内部负载有灭活剂的介孔微球和包覆在所述介孔微球表面的聚合物层构成；

所述介孔微球的D50≤3um、D90≤8um，孔总体积为0.2-0.3cm³/g、孔径为100-300nm；

所述灭活剂为有机酸；

所述聚合物的熔点为100-250℃。

优选地，所述有机酸为柠檬酸、草酸、异辛酸中的至少一种。

本发明的作用机制为：

在高温下(≥120℃)，介孔微球中包覆的灭活剂释放，与满电态的LiC_x发生反应，降低负极方向的活性，避免正负极接触时，发生热失控，具体灭活反应式如下：

2LiC_x+2H+＝H₂↑+2Li++2C_x

优选地，所述介孔微球为SiO₂介孔微球、聚苯乙烯介孔微球、石墨介孔微球中的至少一种；所述聚合物为聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、三聚氰胺甲醛树脂、聚氟代碳酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯中的至少一种。

一种所述的微胶囊的制备方法，包括下述步骤：

S1、先采用真空浸渍法将灭活剂吸附在介孔微球内部，然后加热处理使灭活剂重结晶固化，得到内部负载有灭活剂的介孔微球；

S2、在所述内部负载有灭活剂的介孔微球表面包覆聚合物层，使介孔封闭，得到所述微胶囊。