[發明專利]一種陶瓷涂覆隔膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201710147205.6
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106848163A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 趙金保;張鵬;王靜
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;H01M10/0525;H01M10/42;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及鋰離子電池隔膜，尤其是涉及一種陶瓷涂覆隔膜及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、比功率大、循環性能好、無記憶效應、無污染等特點，具有很好的經濟效益、社會效益和戰略意義，成為目前最受矚目的綠色化學電源。

在鋰離子電池中，隔膜主要起到防止正負極接觸并允許離子傳導的作用，是電池重要的組成部分。目前，商品化的鋰離子電池中采用的主要是具有微孔結構的聚烯烴類隔膜材料，如聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)的單層或多層膜。由于聚合物本身的特點，雖然聚烯烴隔膜在常溫下可以提供足夠的機械強度和化學穩定性，但在高溫條件下則表現出較大的熱收縮，從而導致正負極接觸并迅速積聚大量熱，盡管諸如PP/PE復合隔膜可以在較低溫度(120℃)首先發生PE熔化阻塞聚合物中的微孔，阻斷離子傳導而PP仍起到支撐的作用防止電極反應的進一步發生，但是由于PP的熔解溫度也僅有150℃，當溫度迅速上升，超過PP的熔解溫度時，隔膜熔解會造成大面積短路并引發熱失控，加劇熱量積累，產生電池內部高氣壓，引起電池燃燒或爆炸。電池內部短路是鋰離子電池安全性的最大隱患。為了滿足大容量鋰離子電池發展的需要，開發高安全性隔膜已成為行業的當務之急。在這其中，陶瓷隔膜優異的耐溫性和高安全性使其成為取代傳統聚烯烴隔膜的主要選擇之一。

陶瓷隔膜(Ceramic-coated Separators)是在現有的聚烯烴微孔膜的表面上，單面或雙面涂布一層均勻的、由陶瓷微顆粒等構成的保護層(幾個μm)，形成多孔性的安全性功能隔膜。在保證聚烯烴微孔隔膜原有基本特性的基礎上，賦予隔膜高耐熱功能，降低隔膜的熱收縮性，從而更有效地減少鋰離子電池內部短路，防止因電池內部短路而引起的電池熱失控。目前，陶瓷隔膜的制備方式主要是將陶瓷粉體(主要是納米或亞μm的氧化物粉末，如Al₂O₃、SiO₂、TiO₂等)、粘結劑等分散在溶劑中形成漿料，再通過流延法或浸漬法在聚烯烴隔膜表面形成陶瓷涂層(參見文獻：Journal of Power Sources，2010，195，6192-6196、中國專利CN200580036709.6、中國專利CN200780035135.X等)。但是，目前，一般的陶瓷涂覆隔膜所采用的陶瓷粉體主要是無機氧化物，主要利用無機氧化物較好的耐熱特性，因此，這種類型的陶瓷隔膜其熱穩定性的提高僅是一種“被動”防御。若提高陶瓷涂覆隔膜的導熱性能，加速熱量在電池中的傳導，則可以實現在不破壞鋰離子電池使用性能的前提下實現提高其安全性能的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種陶瓷涂覆隔膜及其制備方法。

本發明的另一目的在于提供所述陶瓷涂覆隔膜在鋰離子電池中應用。

所述陶瓷涂覆隔膜包括聚合物隔膜，在聚合物隔膜的單側或兩側上涂覆高熱傳導電絕緣性納米材料。所述高熱傳導電絕緣性納米材料可采用BN納米線、BN納米顆粒、BN納米管等。

所述陶瓷涂覆隔膜的制備方法的具體步驟如下：

將高熱傳導電絕緣性材料加入到聚合物溶液中，再涂覆到聚合物隔膜上，揮發溶劑后得到固態聚合物膜，即所述陶瓷涂覆隔膜。

所述聚合物隔膜可采用聚烯烴類多孔聚合物膜、無紡布或應用于二次電池聚合物電解質的聚合物材料，所述聚烯烴類多孔聚合物膜可選自聚乙烯或聚丙烯的單層或多層復合膜，所述應用于二次電池聚合物電解質的聚合物材料可選自聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇等中的一種，或聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇等衍生的共混、共聚體系，所述衍生的共混、共聚體系包括丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物等。

所述高熱傳導電絕緣性材料可采用BN，包括納米顆粒、納米線、納米管等。高熱傳導電絕緣性材料在聚合物隔膜上涂覆的厚度可為0.5～20μm，所述在聚合物隔膜上涂覆可在聚合物隔膜單面涂布或雙面涂布。

所述陶瓷涂覆隔膜可在鋰離子二次電池中應用。

本發明在術語“高熱傳導電絕緣性”中所用的措辭“電絕緣性”是指在本發明方法中，所加入的高熱傳導性物質必須是電子絕緣體，這是由于電子在隔膜中的傳遞將會導致鋰離子電池的短路，因此所添加的物質必須在具備高熱傳導性的同時具備電絕緣性。