[發(fā)明專利]一種聚合物復(fù)合膜及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611262160.9
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN108269956B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡家玲;單軍;何龍
• 申請（專利權(quán)）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 韓冰;嚴政

本發(fā)明公開了一種聚合物復(fù)合膜及其制備方法以及包括其的鋰離子電池。該聚合物復(fù)合膜包括多孔基膜以及覆蓋在所述多孔基膜的至少一側(cè)表面上的耐熱層，耐熱層包括依次層疊布置的多層子耐熱層、且沿由內(nèi)向外方向各子耐熱層的閉孔溫度依次增大；各子耐熱層中包括第一耐熱聚合物材料和/或第二耐熱聚合物材料、且各自獨立地具有纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；第一耐熱聚合物材料的熔點不小于200℃；第二耐熱聚合物材料的熔點不小于100℃。該聚合物復(fù)合膜通過形成閉孔溫度依次增大的多層子耐熱層，使其在不同溫度范圍內(nèi)發(fā)生軟化，從而具有一個動態(tài)的(階段性的)閉孔行為以適應(yīng)電池內(nèi)部過熱，進而能夠有效避免破孔現(xiàn)象所引發(fā)的隔膜熱失控，使得電池在高溫下更安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體地，涉及一種聚合物復(fù)合膜及其制備方法；本發(fā)明還包括一種采用前述聚合物復(fù)合膜的鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池主要由正/負極材料、電解質(zhì)、隔膜及電池外殼包裝材料組成。隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，用于起著分隔正、負極，防止電池內(nèi)部短路；其允許電解質(zhì)離子自由通過，完成電化學(xué)充放電過程的作用。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的倍率性能、循環(huán)性能以及安全性能(耐高溫性能)等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用，被業(yè)界稱為電池的“第三電極”。

近年來，隔膜的安全性能，特別是高溫穩(wěn)定性越來越受到隔膜研發(fā)人員的重視，越來越多的相關(guān)研究被報道出來。例如在專利申請CN201410453322中公開了一種鋰離子電池用復(fù)合隔膜及包含該隔膜的鋰離子電池，其中涉及的鋰離子電池用復(fù)合隔膜包括：(a)具有孔的多孔基板；以及(b)有機/無機復(fù)合層，其用包含無機顆粒和一種或多種選自聚醚酰亞胺、聚芳醚酮和聚間苯二甲酰間苯二胺的聚合物粘結(jié)劑以及任選的高溫閉孔材料的混合物涂覆多孔基板的至少一個表面或多孔基板的部分表面區(qū)域而形成，其中無機顆粒相互連接且通過所述聚合物粘結(jié)劑固定，并且無機顆粒之間的間隙形成孔，優(yōu)選所述聚醚酰亞胺、聚芳醚酮和聚間苯二甲酰間苯二胺各自的特性粘度為0.2-0.9dl/g。

然而，在前述技術(shù)方案中，有機/無機復(fù)合層與多孔基層間的粘性和復(fù)合膜的透氣性能之間存在較大矛盾。這是因為這種有機/無機復(fù)合層通過涂覆的方式形成，依靠無機顆粒的間隙形成空隙，如果想要提高該有機/無機復(fù)合層的孔隙率(透氣性能)，就需要降低聚合物粘結(jié)劑的用量，而由于前述聚合物粘結(jié)劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高，使其粘性并不好，一旦聚合物粘結(jié)劑的用量降低，就會導(dǎo)致涂層與基層之間的粘結(jié)性能降低，進而使得這種復(fù)合膜的高溫?zé)岱€(wěn)定性變差。

此外，由于高溫閉孔材料的熔化溫度和基板融化溫度基本上是在一個區(qū)間內(nèi)，當電池由于短路等情況致使鋰電池的內(nèi)部溫度達到這個范圍時，高溫閉孔材料和基板都會一起融化把陶瓷顆粒間的孔洞堵住，使得電池停止反應(yīng)；然而，由于電池內(nèi)部溫度升高時，通常會出現(xiàn)過熱或局部過熱的情況，此時熔融的復(fù)合膜可能會因高溫沖擊而破裂，也可能因聚合物收縮導(dǎo)致出現(xiàn)孔洞(簡稱破孔現(xiàn)象)進而引發(fā)電池內(nèi)部短路的發(fā)生，致使隔膜熱失效，這也是目前鋰離子電池在高溫下(160～180℃以上)的安全性能提升的不多的一個重要原因。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種聚合物復(fù)合膜及其制備方法以及包括其的鋰離子電池，以改善聚合物復(fù)合膜的高溫穩(wěn)定性，以及鋰離子電池在高溫下使用的安全性。

為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種聚合物復(fù)合膜，該聚合物復(fù)合膜包括多孔基膜以及覆蓋在所述多孔基膜的至少一側(cè)表面上的耐熱層，所述耐熱層包括依次層疊布置的多層子耐熱層、且沿由內(nèi)向外方向各所述子耐熱層的閉孔溫度依次增大；各所述子耐熱層中包括第一耐熱聚合物材料和/或第二耐熱聚合物材料、且各自獨立地具有纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；所述第一耐熱聚合物材料的熔點不小于200℃；所述第二耐熱聚合物材料的熔點不小于100℃。