[發明專利]一種鋰離子電池用陶瓷隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201610022662.8
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105514328A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 余心亮;孫偉;李文;何文祥;李靖;趙沖沖
• 申請（專利權）人: 浙江天能能源科技有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 沈自軍

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池用陶瓷隔 膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池中隔膜的主要功能是隔離正負極并阻止電子穿過，同時能 允許鋰離子通過，從而在充放電過程中完成鋰離子在正負極之間的快速傳 輸。隔膜性能的優劣直接影響著電池內阻、放電容量、循環使用壽命以及 電池安全性能的好壞。聚烯烴材料具有優異的力學性能、化學穩定性和相 對廉價的特點，在鋰電池研究開發初期便得到廣泛應用，并成為鋰電隔膜 的主流方向，如單層聚丙烯(PP)微孔膜、單層聚乙烯(PE)微孔膜以及三層 PP/PE/PP復合膜。但是這種隔膜的熱穩定性比較差，在高溫下很容易發生 收縮，導致正負極接觸，進而造成電池解體或爆炸。此外，聚烯烴材料親 電解液能力差，保持電解液能力不足，導致電池循環壽命、大電流充放電 等性能差，這些缺點限制了其在動力儲能電池的使用。

為了改善上述問題，比較常用的方法是在聚烯烴隔膜的表面涂覆陶瓷 材料，這樣即使隔膜基材發生了收縮或融化，陶瓷涂層仍能阻止正負極接 觸，防止大面積短路，提升安全性能。

如公開號為CN104538573A的中國專利文獻公開了一種鋰離子電池 用隔膜及其制備方法，其中，包括步驟：a、將無機填料、粘結劑和溶劑 進行混合，使用機械攪拌的方式制備成均勻的漿料；b、將漿料均勻的涂 覆在隔膜上，然后放置于50℃～80℃的烘箱里烘干2h～24h，便可得到鋰離 子電池用的無機物涂層隔膜。

現有技術中，通常采用普通的陶瓷粉體進行涂覆，比表面積只有十幾 m²/g至數十m²/g，吸液能力仍然有限，而且陶瓷顆粒和粘結劑之間的結合 力較弱，容易出現掉粉現象。

發明內容

本發明提供一種鋰離子電池用陶瓷隔膜及其制備方法，該陶瓷隔膜具 有較強的吸液能力和穩定性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰離子電池用陶瓷隔膜，包括隔膜基材及復合在其至少一個表面 的陶瓷涂層，所述陶瓷涂層包含具有多孔結構的陶瓷顆粒。

作為優選，所述陶瓷顆粒的比表面積≥200m²/g，氣孔率≥45％，陶瓷 顆粒的粒徑為20nm～1μm。

陶瓷隔膜中，陶瓷涂層復合在隔膜基材的單面，也可以在隔膜基材的 雙面。在實際生產過程中，可將陶瓷顆粒的配置成涂布液，隨后再涂覆在 隔膜基材的表面。本發明采用比表面積大于200m²/g、氣孔率≥45％的多 孔、高比表面積的陶瓷顆粒，能增加陶瓷涂層與隔膜基材的復合、粘連效 果，增強所述陶瓷隔膜的機械強度，減小陶瓷顆粒掉粉、脫落現象；還能 降低電解液與隔膜的張力，改善所述隔膜的潤濕性及保液性能，同時還可 以降低隔膜的應力，提高所制得的陶瓷隔膜的熱穩定性能。

所述隔膜基材為聚烯烴類微孔膜，作為優選，所述隔膜基材為聚乙烯 (PE)單層膜、聚丙烯(PP)單層膜或PP/PE/PP三層復合膜，隔膜基材 的孔隙率為35～60％，孔徑為30-500nm。

所述陶瓷顆粒選用多孔二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鈦、二氧化鋯 中的至少一種。所述陶瓷顆粒的粒徑為20nm～1μm。

所述陶瓷涂層的厚度為1～10μm。在該陶瓷涂層的厚度下，隔膜基材 的厚度優選10～30μm。

進一步優選，所述陶瓷顆粒的比表面積為300-800m²/g，氣孔率 55-90％，陶瓷顆粒的粒徑為50～500nm。

作為優選，所述的陶瓷顆粒為二氧化硅和/或三氧化二鋁，比表面積為 400-600m²/g，氣孔率為60～80％，陶瓷顆粒的粒徑為60nm～300nm。

通過實驗獲知，采用混合的二氧化硅和三氧化二鋁陶瓷顆粒可進一步 改善所述陶瓷隔膜的熱穩定性和對電解液的潤濕性能，進一步優選，二氧 化硅和三氧化二鋁的重量比為1:3-3:1。

本發明還包括上述鋰離子電池用陶瓷隔膜的制備方法，包括如下步 驟：

步驟(1)：將陶瓷顆粒、粘結劑和溶劑混勻，得到涂覆漿料；

步驟(2)：將涂覆漿料均勻涂覆在隔膜基材表面，經過干燥形成陶 瓷隔膜。

優選地，所述溶劑為水、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺中的 至少一種。