[发明专利]一种陶瓷隔膜及其制备方法及应用

说明书

本申请公开了一种陶瓷隔膜及其制备方法及应用，涉及二次电池技术领域。本申请所述的陶瓷隔膜包括基膜，所述基膜为多孔薄膜；第一涂层，所述第一涂层设置在所述基膜的至少一侧表面上，所述第一涂层包括多孔纳米复合陶瓷、分散剂、增稠剂、粘结剂和润湿剂；第二涂层，所述第二涂层设置在所述第一涂层的表面上，所述第二涂层包括多孔纳米复合陶瓷、高分子聚合物、分散剂、增稠剂、粘结剂和润湿剂；其中，多孔纳米复合陶瓷为套管结构，大管为SBA‑15形成的硅基材料，小管为CTAB为模板剂带着Al化合物形成的铝基材料。本申请获得的陶瓷隔膜的吸液量和保液能力均有提高，将该陶瓷隔膜应用于锂离子电池中，能明显提高锂离子电池的电性能。

技术领域

本申请涉及二次电池技术领域，特别涉及一种陶瓷隔膜及其制备方法及应用。

背景技术

隔膜作为锂电池四大关键材料之一，不仅是电解液的储存器，而且有防止电池中正负极接触的作用，同时还可以提供电池内部的离子运输通道进而起到调节离子运输的作用。聚烯烃隔膜由于优异的化学稳定性和机械强度是最常用的商用电池隔膜之一，但是其本身的疏水性能使其不能完全被电解液浸润，进而导致较低的离子电导率和锂离子迁移数，并且在高温条件下聚烯烃隔膜极易发生收缩，引起正负极接触发生火灾或爆炸的危险。

对此，现有技术往往是在隔膜表面涂覆一层或两层无机耐热层如氧化铝、勃姆石耐热层，能够改善热收缩性能，然而受限于基膜自身性质，PE陶瓷隔膜在温度高于150℃时收缩变形严重（收缩50%以上），易导致电池内部短路，引起热失控，并且陶瓷涂覆易吸收水分，使涂覆隔膜的水分含量偏高，影响电池的循环性能。为改善此种现象，公告号为CN114335904B的中国发明专利设计一款锂电池复合隔膜，在基膜的表面进行陶瓷层涂布，然后在陶瓷层表面涂覆多孔凝胶层涂布，通过设置以PVDF系树脂为主体的多孔凝胶层，并在多孔凝胶层中加入无机陶瓷颗粒和丙烯酸酯类粘合剂，既能提高复合隔膜的正极粘结性能、热稳定性及离子传导性，降低复合隔膜的热收缩率，又能有效提高复合隔膜层间的剥离强度，降低复合隔膜的材料成本，复合隔膜具有优异的综合性能表现，进而可提升锂电池的使用性能。

但是，无机陶瓷颗粒为纳米高纯椭球形颗粒，比表面积相对较小，虽然涂覆氧化铝陶瓷颗粒能提高隔膜的耐温性和提高对电解液的亲液性，但对吸液量并没有很好的改善效果，并且氧化铝的堆积一定程度上阻碍了锂离子的迁移过程，增加了电池的内阻。

发明内容

本申请的目的是提供一种陶瓷隔膜及其制备方法及应用，解决现有陶瓷涂覆隔膜存在的吸液性差的问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种陶瓷隔膜，包括：基膜，所述基膜为多孔薄膜；第一涂层，所述第一涂层设置在所述基膜的至少一侧表面上，所述第一涂层包括多孔纳米复合陶瓷、分散剂、增稠剂、粘结剂和润湿剂；第二涂层，所述第二涂层设置在所述第一涂层的表面上，所述第二涂层包括多孔纳米复合陶瓷、高分子聚合物、分散剂、增稠剂、粘结剂和润湿剂；其中，多孔纳米复合陶瓷为套管结构，大管为SBA-15形成的硅基材料，小管为CTAB为模板剂带着Al化合物形成的铝基材料，SBA-15由P123和正硅酸乙酯（TEOS）混合形成。

在上述技术方案中，本申请实施例通过在涂层中添加套管结构的多孔纳米复合陶瓷，具有高孔容量的优良性能，同时具有较高的孔隙率，所获得的陶瓷隔膜的吸液量和保液能力均有提高，将该陶瓷隔膜应用于锂离子电池中，能明显提高锂离子电池的电性能。

进一步地，根据本申请实施例，其中，基膜为PE膜、PP膜、PI膜、PET膜、PP/PE膜 、PP/PE/PP膜、无纺布隔膜中的一种。

进一步地，根据本申请实施例，其中，在所述第一涂层中，所述多孔纳米复合陶瓷、分散剂、增稠剂、粘结剂和润湿剂的质量比为（40~90）：（0.1~3）：（0.5~5）：（0.5~8）：（0.1~3）。