[發明專利]一種具有高導熱材料層的復合隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201811532037.3
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109860477A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 孟繁慧;鄭濤;謝富國;周江;伍紹中
• 申請（專利權）人: 天津力神電池股份有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 楊紅

本發明涉及一種具有高導熱材料層的復合隔膜，其特征是：包括復合隔膜主體，所述復合隔膜主體包括聚合物隔膜和無機納米材料層，所述聚合物隔膜構建隔膜主體結構承載并固定無機納米材料層，所述無機納米材料層涂覆于聚合物隔膜的一側或兩側表面。高導熱材料層的復合隔膜的制備方法，選用混合的高導熱納米材料，配置涂覆漿料，采用微凹版涂覆工藝，在聚合物隔膜表面進行導熱材料層涂覆。有益效果：本發明兼具導熱材料的絕緣、高導熱特性、高機械強度及聚合物隔膜材料的柔韌性、絕緣及離子透過性，以實現高導熱高機械強度的復合導熱隔膜的化學惰性、快速導熱及高強度力學等特征。

技術領域

本發明屬于電化學領域，尤其涉及一種具有高導熱材料層的復合隔膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池單體、模組或系統在使用過程中，在過電流、過充、內部鋰枝晶、擠壓、機械沖擊、穿刺或其他濫用情況下，會發生內短路或內部熱累積，當電池局部產生的熱量無法快速擴散排出時，熱量積累到一定程度時，會發生放熱連鎖反應，引發大面積負極、正極、電解液和隔膜等材料的放熱反應，最終導致鋰離子電池發生熱失控。

鋰離子電池的散熱性能主要受其組件導熱性能的影響。傳統鋰離子電池正極一般為過渡金屬氧化物涂覆于鋁箔上，負極為石墨負極或金屬負極或過渡金屬氧化物涂覆于銅箔上，鋰離子電池的正極、負極具有較高的導熱系數。而作為鋰離子電池重要組成部分的隔膜，位于正極和負極之間，起電絕緣作用，但同時，傳統隔膜一般是高分子聚合物材料導熱性較差，另外，其多孔結構也不利于熱傳導，所以，隔膜是鋰離子電池內部熱擴散的主要阻礙因素。

鋰離子電池導熱隔膜因其固有的絕緣導熱屬性，可用于鋰離子電池安全性提升。一方面，傳統鋰離子電池遭到濫用時，因傳統隔膜導熱性差，是鋰離子電池內部熱擴散的主要阻礙因素，使局部熱擴散受阻，引起連鎖反應引發熱失控，易起火燃燒甚至爆炸的安全風險，因此，絕緣且快速導熱的鋰離子電池隔膜成為解決鋰離子電池安全問題的重要技術選擇。另一方面，利用高導熱高機械強度的復合導熱隔膜的化學惰性及高強度力學特征，可以抑制電池內部副反應發生及抑制鋰枝晶形成，進而優化提升鋰離子電池的安全性，為鋰離子電池中的安全性提供了解決方案。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種具有高導熱材料層的復合隔膜及其制備方法，制備具有高導熱系數及機械強度的高導熱復合隔膜，實現鋰離子電池內部產熱的快速擴散，避免因局部熱量過大引起的連鎖反應導致的電池熱失控，進而改善高能量密度鋰離子電池的安全性。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：一種具有高導熱材料層的復合隔膜，其特征是：包括復合隔膜主體，所述復合隔膜主體包括聚合物隔膜和無機納米材料層，所述聚合物隔膜構建隔膜主體結構承載并固定無機納米材料層，所述無機納米材料層涂覆于聚合物隔膜的一側或兩側表面。

所述聚合物隔膜的厚度為5-50微米，單層無機納米材料層厚度為0.1-5微米。

所述無機納米材料層采用六方氮化硼或六方氮化硼與氧化鈹、氮化鋁、氮化硼、氧化鎂、氧化鋁或氮化硅中的一種或幾種材料的混合材料；粒度D50為20-500納米。

所述聚合物隔膜包括聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯或聚酰亞胺的一種或幾種。

所述粘結劑采用聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)或聚碳酸丙烯酯(PPC)聚合物中的一種或幾種與雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)、雙氟磺酰亞胺鋰(LiFSI)、六氟磷酸鋰(LiPF6)或硼酸鋰(LiBO3)鋰鹽中的一種或幾種的混合物。

所述粘結劑按重量份數比占聚合物隔膜總重量比例為0.5％-10％，鋰鹽占聚合物隔膜總重量比例為0.1％-1％。

一種具有高導熱材料層的復合隔膜的制備方法，其特征是：選用混合的高導熱納米材料，配置涂覆漿料，采用微凹版涂覆工藝，在聚合物隔膜表面進行導熱材料層涂覆，具體步驟如下：