[發明專利]一種隔膜、其制備方法及一種鋰離子電池

有效

• 申請號: 201310179600.4
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN104157810B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 陳小芳;苗偉峰
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種隔膜、其制備方法及一種鋰離子電池。

背景技術

鋰離子二次電池的隔膜通常是薄的多孔絕緣材料，它具有高的離子透過性和好的機械強度，并對各種化學物質和化學溶劑具有長期穩定性。因此，利用隔膜的不導電性將電池的正負極隔開，防止兩電極接觸而短路；同時依靠隔膜自身的多微孔結構，讓鋰離子容易通過，保持正負極間良好的離子導電性。當外部由于發生短路或錯誤連接使電池內部產生非正常大的電流時，電池內部溫度升高至一定程度時，隔膜將發生熱熔化而導致微孔結構關閉，從而切斷電流，使電池停止工作，確保電池安全。因此，隔膜對于電池的使用壽命有很大影響。尤其是，在短時間內得到大量能量、電流密度較大的情況下電壓不中斷的高功率電池中，需要通過優化正負極材料的性能來實現電池的性能。因此這種高功率電池的隔膜應盡可能的薄，而鋰離子電池在大電流條件下，易導致大量鋰枝晶，刺破隔膜，導致電池內部短路引發安全隱患，因此要求隔膜，要有很好的高溫穩定性，才能獲得穩定的、性能優異的高功率電池。

目前使用的隔膜主要由多孔有機聚合物膜構成。典型的有機隔膜有聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復合膜。這些有機聚烯烴類隔膜的缺點是聚合物熔點一般較低，例如聚乙烯（PE）的熔點為130℃，聚丙烯（PP）的熔點為180℃，熱穩定性較低，同時在鋰電池體系中的化學穩定性較低，在鋰電池中，隔膜與鋰或嵌鋰石墨接觸，聚烯烴隔膜會逐漸受到侵蝕。

現有改進有在復合隔膜表面涂覆一層陶瓷抗熱層，陶瓷抗熱層含有陶瓷顆粒和粘結劑，所述溶劑可采用與多孔柔性基體具有良好浸潤性的有機溶劑作為溶劑，公開的有N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜中的一種或幾種，來提高隔膜材料的結構穩定性、熱穩定性和安全性。也有如美國專利US2005084761公開的一種用于電池的隔膜及其制造方法，該制造方法包括，提供具有大量孔洞和在其表面和內部具有涂層的片狀柔性基材，其中所述基材的材料選自聚合物和/或天然纖維的織造或非織造不導電纖維，且所述涂層是多孔電絕緣的陶瓷涂層。該涂層是通過施涂懸浮體到所述基材表面和內部并加熱該施涂的懸浮體至少一次而施加到所述基材表面和內部的，其中，所述懸浮體固化在基材表面和內部，所述懸浮體具有金屬鋁、鋯、硅、鈦和/或釔的至少一種氧化物和溶膠，溶劑可以使用醇或者醇與脂肪烴的混合物，也可以在懸浮體中混合增粘劑來改善無機成分對聚合物纖維基材的附著。為增強涂覆層與基材間的粘接作用及陶瓷顆粒之間的作用力，也有公開一種隔膜包括基底和基底兩側的漿料層，所述漿料層含有陶瓷顆粒、硅烷偶聯劑和粘結劑，所用粘結劑選自水性聚氨酯、水性氯醋樹脂、水性不飽和聚酯樹脂、水性環氧樹脂中的一種或多種，所用陶瓷顆粒選自BaTiO₃、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或ZrO₂中的一種或多種。但上述方法制得的涂層對片狀柔性基材的附著力較差，陶瓷層與基體僅依靠陶瓷層中的粘結劑粘結，粘結強度較弱，加工該隔膜、繞制電極組及電池的充放電過程中，均較易產生涂層顆粒脫落，從而使按照上述方法生產出的電池隔膜的耐高溫性能降低，脫落的陶瓷粒子還會造成隔膜性能不均一，影響電池性能一致性；也會增大電解液中鋰離子的遷移阻力，不利于快充快放；還有可能遷移到正負極表面，影響鋰離子插入和脫出；甚至造成隔膜針孔，引起電池正負極短路等，嚴重影響電池性能，影響其實際應用。

發明內容

本發明在于克服上述現有技術含有抗熱層的電池隔膜的抗熱層與基體的粘結力差，易脫落，影響電池的性能的技術問題，提供一種耐高溫性能優異，抗熱層不易脫落，更易卷繞、更易制備、更易實際應用的隔膜及其制備方法和含有該隔膜的鋰離子電池。

本發明的第一個目的是提供一種隔膜，該隔膜包括聚合物基體及位于基體內部和表面的漿料層；所述聚合物基體含有聚合物基材和固化樹脂，所述漿料層含有陶瓷顆粒和固化樹脂；所述固化樹脂通過聚合物基材及漿料層中的可自引發紫外光固化交聯樹脂交聯固化得到。

進一步優選，隔膜包括聚合物基體、位于基體表層內部的滲透層及位于基體表面的陶瓷涂層，所述滲透層及陶瓷涂層含有陶瓷顆粒和固化樹脂，所述固化樹脂通過位于聚合物基材、滲透層及陶瓷涂層中的可自引發紫外光固化交聯樹脂紫外光固化得到。

其中，聚合物基材、滲透層及陶瓷涂層中的可自引發紫外光固化交聯樹脂可以相同也可以不同，本發明優選相同，隔膜中各物質的相容性較優，進一步優化了隔膜的強度。