[发明专利]一种涂覆离子电子混合导体隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种涂覆离子电子混合导体隔膜及其制备方法和应用，涂覆离子电子混合导体隔膜包括：基膜，涂覆于基膜一侧或两侧的传导锂离子的固态电解质涂层，以及涂覆于固态电解质涂层外表面的混合涂层；固态电解质涂层包括：固态电解质、第一分散剂、第一粘结剂、第一润湿剂和第一助剂；混合涂层包括：胶粒和导电剂；胶粒包括：聚偏氟乙烯PVDF、聚偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物PVDF‑HFP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA中的一种或多种；导电剂包括：炭黑、碳纳米管、乙炔黑、科琴黑、Super P中一种或多种；将上述涂覆离子电子混合导体隔膜应用于锂电池中，可以提高锂电池的长循环性能和安全性。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，特别涉及一种涂覆离子电子混合导体隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池目前已经广泛地应用于人类日常生活的方方面面，例如电动汽车、3C数码、规模储能、小型工具、医疗设备、航空航天等等。然而锂离子电池存在的热安全性问题依然是人们消费中遇到的痛点难题之一。传统的商业化锂离子电池由于使用的碳酸酯类电解液存在易燃易爆等问题，在高温、碰撞、挤压等使用条件下极易起火爆炸。为了改善这一问题，有研究者开发了固态电解质涂层隔膜，利用固态电解质在循环中的化成反应，提高电池的热安全性。然而应用于3C数码等市场的小型高比能电池，通常会在陶瓷涂层外侧，再涂一层胶层，通过热压化成工艺，更好地解决因隔膜受热收缩变形导致内短路等安全问题。然而这样的结构设计，会导致固态电解质涂层的化成过程，由于受到不导电子的胶层的隔绝，而无法顺利进行。

为了解决这一技术难题，迫切需要在原有设计基础上的胶层中添加导电剂，设计一种涂覆离子电子混合导体的隔膜，以促进固态电解质涂层的化成反应，以充分发挥固态电解质涂层提高电池的热安全性的技术优势，降低锂电池内部离子传导阻抗，提高电池在低温条件下的实际比容量，从而大大提高电池的长循环性能和安全性。

发明内容

本发明实施例提供的一种涂覆离子电子混合导体隔膜及其制备方法和应用，首先在基膜至少一侧的表面涂覆固态电解质涂层，再在固态电解质涂层涂至少一侧的表面涂覆具有胶粒和导电剂的混合涂层，得到涂覆离子电子混合导体隔膜，含有胶粒的混合涂层可以进一步提升隔膜的抗热缩性，同时，混合涂层中添加导电剂，可以促进固态电解质涂层的化成反应，充分发挥固态电解质涂层提高电池的热安全性的技术优势，降低锂电池内部离子传导阻抗，提高电池在低温条件下的实际比容量，从而大大提高电池的长循环性能和安全性；此外，本发明制备得到的涂覆离子电子混合导体隔膜还可以利用热压化成工艺，将胶层中的胶粒与正负极粘合在一起，形成一体化结构，改善与极片的接触，减小电阻，提升热安全性，降低锂电池内部的阻抗，提高长循环过程中的容量保持率。

第一方面，本发明实施例提供了一种涂覆离子电子混合导体隔膜，所述涂覆离子电子混合导体隔膜包括：基膜，涂覆于基膜一侧或两侧的传导锂离子的固态电解质涂层，以及涂覆于所述固态电解质涂层外表面的混合涂层；

所述固态电解质涂层包括：固态电解质、第一分散剂、第一粘结剂、第一润湿剂和第一助剂；所述固态电解质包括：Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃、Li_1+yAl_yGe_2-y(PO₄)₃、Li_3zLa_2/3-zTiO₃、Li_7-qLa₃Zr_2-qTa_qO₁₂中的一种或多种，其中0≤x≤0.5,0≤y≤0.5,0＜z＜2/3,0＜q＜2；所述固态电解质的粒径为200nm-1μm；

所述混合涂层包括：胶粒和导电剂；所述胶粒包括：聚偏氟乙烯PVDF、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物PVDF-HFP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA中的一种或多种；所述导电剂包括：炭黑、碳纳米管、乙炔黑、科琴黑、Super P中一种或多种。