[發明專利]一種電化學裝置隔離膜及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201610168129.2
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105742551A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 程躍;鮑晉珍;何方波
• 申請（專利權）人: 上海恩捷新材料科技股份有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;H01M10/0525
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張睿

技術領域

本發明涉及電化學領域，尤其涉及一種電化學裝置隔離膜及其制備方法和用途。

背景技術

傳統的電化學裝置(如鋰離子二次電池)大多采用聚烯烴多孔基膜作為隔離膜，以鋰鹽、有機溶劑及添加劑配制成的液態電解液，然后加上正極、負極和包裝殼完成組裝。為了提高該類電化學裝置的循環使用壽命，業界通常有兩個改善辦法：(1)增加電解液的灌注量，保證在循環后期有不足電解液補給。但會導致裝置外觀鼓漲、變形，而且使用過程中容易發生漏液問題，不僅對電化學裝置及其使用環境產生嚴重污染，而且直接影響電化學裝置的可靠性。(2)在隔離膜上增加粘接層，使正負極/隔離膜界面形成良好粘接，從而形成更好的SEI膜，提高循環壽命。但該方法隔離膜厚度增加，影響電化學裝置的整體厚度和能量密度，而且不能完全解決電解液不足的問題。

有鑒于此，有人開發了凝膠電解液，由有機大分子、引發劑和液態電解液組成，在電化學裝置中合適的條件下凝膠電解液對陰陽極/隔離膜有一定的粘接性，而且不容易引起裝置鼓漲和漏液。但是，該類凝膠電解液不僅對引發劑等原材料性能要求高、制備工藝復雜、存儲條件要求嚴苛(溫度、濕度、光照、時間等因素)、成本高，而且電化學裝置內容易出現局部堆積膠團現象，從而影響電化學性能和裝置外觀。

因此，本領域需要提供一種簡單高效、低成本且性能好的電化學裝置及其關鍵隔離膜產品。

發明內容

本發明旨在提供一種高性能的電化學裝置隔離膜，使獲得的電化學裝置界面粘接好，外觀和硬度佳。

在本發明的第一方面，提供了一種電化學裝置隔離膜，所述隔離膜包括多孔基膜層和功能層；所述多孔基膜層為多孔基膜或至少一面經過涂覆的多孔基膜；所述功能層包含選自無機材料、有機材料中的至少一種材料；所述功能層包括至少一層結構，且至少有一層包含有機材料。

在另一優選例中，所述無機材料選自三氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、二氧化鈰、碳酸鈣、氧化鈣、氧化鋅、氧化鎂、鈦酸鈰、鈦酸鈣、鈦酸鋇、磷酸鋰、磷酸鈦鋰、磷酸鈦鋁鋰、氮化鋰、鈦酸鑭鋰中的至少一種；所述有機材料選自有機高分子材料和有機小分子材料中的一種或兩種以上。

在另一優選例中，所述有機高分子材料選自下述的一種或兩種以上：聚偏氟乙烯、聚丙烯酸改性的聚偏氟乙烯、含氟聚丙烯、四丙氟橡膠、含氟聚氨酯、端羥基含氟聚酯聚硅氧烷、聚乙烯醇縮丁醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丙烯酸樹脂、純丙乳液、聚丙烯酸-苯乙烯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、丁苯橡膠、環氧樹脂、新戊二醇二丙烯酸酯、聚丙烯酸鈉、聚四氟乙烯、聚酰亞胺、聚酰胺類、聚酯、纖維素衍生物、聚砜；更優選聚偏氟乙烯；所述有機小分子材料選自下述的一種或兩種以上：具有多元異氰酸酯官能團的芳香族或脂肪族化合物、具有多元氨基官能團的化合物或具有多元羥基官能團的化合物。

在另一優選例中，所述具有多元異氰酸酯官能團的芳香族或脂肪族化合物選自下述的一種或兩種以上：甲苯二異氰酸酯(TDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、六亞甲基二異氰酸酯、甲苯-2，4-二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)、三苯基甲烷三異氰酸酯和多次甲基多苯基異氰酸酯(PAPI)；優選甲苯二異氰酸酯(TDI)和/或多次甲基多苯基異氰酸酯(PAPI)。

在另一優選例中，所述具有多元氨基或多元羥基基官能團的化合物選自下述的一種或兩種以上：乙二醇、丙二醇、丁二醇、1，2，6-己三醇、聚乙烯醇、聚乙烯亞胺、葡萄糖、殼聚糖、淀粉、纖維素、多元酚、芳香族多元醇和聚乙二醇；更優選淀粉、聚乙烯醇和/或纖維素。

在另一優選例中，所述有機材料選自下述的一種或兩種以上：分子量不小于10萬的聚偏氟乙烯、分子量不小于1萬的聚乙烯醇、甲苯二異氰酸酯(TDI)、多次甲基多苯基異氰酸酯(PAPI)、淀粉、纖維素和殼聚糖；其中聚偏氟乙烯的分子量優選10-100萬之間，聚乙烯醇的分子量優選1-20萬之間。

在另一優選例中，所述功能層位于多孔基膜的一面或兩面。

在另一優選例中，所述功能層的厚度為0.1-10μm；更優選0.5-5μm。

在本發明的第二方面，提供了一種如上所述的本發明提供的隔離膜的制備方法，所述方法包括步驟：

(1)將有機材料和去離子水混合，形成有機物漿料；

(2)將有機物漿料涂布在多孔基膜層上；所述多孔基膜層為多孔基膜或至少一面具有無機涂層的多孔基膜；

(3)干燥后得到如上所述的本發明提供的隔離膜。