[發明專利]一種耐高溫聚合物改性陶瓷隔膜及其應用

有效

• 申請號: 201810417022.6
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108666511B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 趙金保;彭龍慶;張鵬;沈秀
• 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;C08G73/06;C08G73/02;C08G61/12
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;姜謐

本發明公開了一種耐高溫聚合物改性陶瓷隔膜及其應用，包括一多孔基膜，該多孔基膜的至少一面涂覆有陶瓷層，且該陶瓷層的表面和孔隙內部以及該多孔基膜的孔隙內部和未涂覆陶瓷層的面原位聚合有耐高溫聚合物層。本發明的耐高溫聚合物改性陶瓷隔膜具有較高的熱穩定性。將吡咯、噻吩、苯胺單體通過原位聚合的方法在陶瓷層表面、孔隙、以及多孔基膜表面、孔隙內部原位包覆上了一層耐高溫聚合物保護層，使陶瓷層、聚合物層、基膜形成一個有機的整體。從而使改性陶瓷隔膜熱尺寸穩定性得到提高，在200℃高溫下不收縮。并且仍舊保持較強的機械性能，能有效阻隔正負極接觸，保障電池的安全性能。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種耐高溫聚合物改性陶瓷隔膜及其應用。

背景技術

鋰離子電池作為一種能量密度高、輸出電壓高、無記憶效應、循環性能優異、環境友好的化學電源體系，具有很好的經濟效益、社會效益和戰略意義，已被廣泛應用于移動通訊、數碼產品等各個領域，并極有可能成為儲能和電動汽車領域最主要的電源系統。

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。

因此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基材的表面上，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，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。

但是，現有的陶瓷隔膜熱穩定還是非常有限。無機陶瓷顆粒通過粘結劑粘附在基膜表面，當溫度到達基膜熔點時，基膜熔化，陶瓷顆粒的對隔膜的收縮起到一定的阻礙作用，但是不能防止其收縮。例如以PE為基膜的AI₂O₃陶瓷隔膜，當溫度升高到130℃時，PE基膜融化，由于Al₂O₃陶瓷顆粒的收縮阻力作用使陶瓷隔膜不收縮，但是當溫度繼續升高到在150℃以上時Al₂O₃陶瓷顆粒就會跟隨基膜一起收縮。而且隨著基膜的融化，隔膜的機械性能也大幅降低，由于陶瓷層無法自支撐成膜，導致隔膜最終粉化，正負極接觸短路。顯然，這無法滿足需要高安全性的應用的需求。

另外，目前各大電池生產商所使用的隔膜材料主要是聚烯烴類的多孔聚合物薄膜，其對電解液的親和性較差。通過陶瓷涂覆可以改善涂覆面與電解液的親和性、提高隔膜對電解液的吸附和保持能力，但是隔膜基膜對電解液的親液性并未得到改善。較差的親和性使聚烯烴膜無法快速吸收電解液及有效保持電解液，這會極大影響隔膜在鋰離子電池中的使用性能且存在一定的漏液風險。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提供一種耐高溫聚合物改性陶瓷隔膜。

本發明的另一目的在于提供上述耐高溫聚合物改性陶瓷隔膜的制備方法。

本發明的再一目的在于提供上述耐高溫聚合物改性陶瓷隔膜的應用。

本發明的技術方案如下：