[發(fā)明專利]一種用于高鎳三元鋰離子電池的復(fù)合涂覆隔膜及其制備方法

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• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107706337A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程興;邢偉偉;李小兵;陳小平;胡澤林;文一波
• 申請（專利權(quán)）人: 桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16
• 代理公司: 長沙楚為知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)43217
• 代理人: 李大為

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于高鎳三元鋰離子電池的復(fù)合涂覆隔膜及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著我國新能源汽車的不斷發(fā)展，對電池能量密度的要求越來越高。鋰離子電池作為當(dāng)今主流的電池體系，因具有能量密度高、循環(huán)性能好、無記憶效應(yīng)等諸多優(yōu)勢，已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于動力電池中，但目前我國鋰離子電池的能量密度只能達(dá)到260Wh/kg左右，離2020年的300Wh/kg目標(biāo)還有一段距離。為了新能源汽車的大力發(fā)展，鋰離子電池能量密度的提升勢在必行。

目前，提升鋰離子電池能量密度的主要方式就是采用高鎳三元正極(NCM/NCA，鎳的摩爾分?jǐn)?shù)≥0.6)，搭配硅碳負(fù)極材料，這種體系盡管能量密度高，但是隨著鎳元素含量的增加，材料的穩(wěn)定性逐漸降低，尤其是材料/電解液界面穩(wěn)定性也會相應(yīng)地降低，導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生，影響材料的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，由于高鎳三元正極材料層狀結(jié)構(gòu)豐富，其充放電倍率性能較差，在大倍率充放方面短板明顯，而且在過充條件下，容易產(chǎn)生極化導(dǎo)致電解液的氧化分解，放出大量的熱，使電池內(nèi)壓及溫度升高，存在安全隱患。高鎳三元鋰離子電池的這些缺陷一定程度上限制了它的開發(fā)應(yīng)用，為了解決這些問題，人們通常在電解液中加入各種添加劑來改善材料的界面穩(wěn)定性及電池的倍率充放電性能，并使用陶瓷隔膜來提升電池的安全性能，但總體改善效果有限。

有鑒于此特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于高鎳三元鋰離子電池的復(fù)合涂覆隔膜及其制備方法，提供的復(fù)合涂覆隔膜，負(fù)極一側(cè)的陶瓷涂層由于無機(jī)氧化物具有較好的耐熱特性及機(jī)械強(qiáng)度，能夠有效提升高鎳三元鋰離子電池的熱安全穩(wěn)定性，正極一側(cè)的碳涂層上的磺酸基能夠一定程度上抑制電解液的分解，增強(qiáng)材料與電解液的界面穩(wěn)定性，提升電池循環(huán)性能，有效提升電池的倍率性能，兩種涂層通過各自的優(yōu)異性能，相輔相成，改善了高鎳三元鋰離子電池材料的循環(huán)、倍率及安全性能，促進(jìn)該體系的大規(guī)模應(yīng)用，實(shí)用性強(qiáng)，有利于設(shè)備推廣應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：

一種用于高鎳三元鋰離子電池的復(fù)合涂覆隔膜，所述涂覆隔膜由隔膜基材、陶瓷涂層、含鋰化磺酸基的碳涂層組成，所述陶瓷涂層、碳涂層分別涂覆在隔膜基材兩側(cè)，且分別面對高鎳三元鋰離子電池負(fù)極、高鎳三元鋰離子電池正極，所述陶瓷涂層由粘接劑、陶瓷粉末組成，所述碳涂層由粘接劑、含鋰化磺酸基碳材料、導(dǎo)電劑組成。

進(jìn)一步地，所述隔膜基材為PP膜、PE膜或PP與PE多層復(fù)合膜，基膜厚度為4-30um。

進(jìn)一步地，所述碳涂層的碳材料基料為微孔碳、中孔炭、介孔碳、大孔碳、介孔微孔碳、大孔微孔碳、大孔介孔碳、大孔介孔微孔碳、石墨、石墨烯、活性碳、生物碳、碳纖維、碳黑、碳納米管或乙炔黑。

進(jìn)一步地，所述粘結(jié)劑為聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羥甲基纖維素鈉、丁苯橡膠、明膠、海藻酸鈉、環(huán)糊精或LA133。

進(jìn)一步地，所述陶瓷粉末為納米α-氧化鋁。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電劑為石墨、石墨烯、乙炔黑、Super P、碳纖維、碳納米管或科琴黑。

進(jìn)一步地，陶瓷涂層與含鋰化磺酸基的碳涂層厚度為1-10um。

進(jìn)一步地，所述碳涂層中鋰化磺酸基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01％～20％。

進(jìn)一步地，所述高鎳三元鋰離子電池正極的組成材料為鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰，其中鎳的摩爾分?jǐn)?shù)≥0.6。

一種用于高鎳三元鋰離子電池的復(fù)合涂覆隔膜的制備方法，將質(zhì)量比為1：0.01～0.5的陶瓷粉末、粘結(jié)劑加入到分散劑中進(jìn)行攪拌分散，得到固含量為50-80％的漿料，然后將該漿料涂覆于隔膜基材的一面上，涂覆厚度為1-10um，烘干輥壓處理后靜置一段時(shí)間；然后將質(zhì)量比為1：0.01～1：0.01～0.5的含鋰化磺酸基的碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑加入到分散劑中進(jìn)行攪拌分散，得到固含量為50-80％的漿料，然后將該漿料涂覆于隔膜基材的另一面上，涂覆厚度為1-10um，烘干輥壓處理后得到復(fù)合涂覆隔膜。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。