[發(fā)明專利]一種阻燃復(fù)合隔膜及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911302642.6
• 申請(qǐng)日: 2019-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN113078412B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王明華;鞠署元;張琪;苗力孝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東海科創(chuàng)新研究院有限公司
• 主分類號(hào): H01M50/403
• 分類號(hào): H01M50/403;H01M50/443;H01M50/449;H01M50/489;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 劉偉

本發(fā)明提供了一種阻燃復(fù)合隔膜，包括基膜；復(fù)合在基膜至少一面上的阻燃涂層；所述阻燃涂層包括雙層阻燃微膠囊。本發(fā)明提供的復(fù)合隔膜，該復(fù)合隔膜的功能涂層是具有雙層阻燃微膠囊的阻燃涂層，可以有效防止電池?zé)崾Э匾鸬娜紵蛘弑ǖ劝踩珕?wèn)題。而且避免了阻燃劑直接與電解液接觸，電化學(xué)性能不受影響。同時(shí)，所述阻燃鋰離子電池隔膜可以減小隔膜基膜的熱收縮性。當(dāng)鋰離子電池隔膜基膜受熱后還可以起到防止隔膜收縮的作用。此外，本發(fā)明提供的阻燃鋰離子電池復(fù)合隔膜的制備過(guò)程簡(jiǎn)單、條件可控、成本較低，可有效提升電池安全性能，在鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的實(shí)際價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池隔膜材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種阻燃復(fù)合隔膜及其制備方法、鋰離子電池，尤其涉及一種含有雙層阻燃微膠囊功能涂層的復(fù)合隔膜及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池以其能量密度高、使用壽命長(zhǎng)、充放電性能好等優(yōu)點(diǎn)，已成為新能源汽車領(lǐng)域儲(chǔ)能設(shè)備的首選。受續(xù)航里程、國(guó)家補(bǔ)貼等因素的影響，動(dòng)力鋰離子電池向高能量密度發(fā)展的趨勢(shì)日益明顯。新型主材的應(yīng)用雖然在很大程度上提升了電池的能量密度，但也對(duì)電池的安全性能帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，如高鎳正極材料(鎳鈷錳622、鎳鈷錳811、鎳鈷鋁，LNMO等)熱穩(wěn)定性差、硅碳材料充放電過(guò)程體積膨脹，隔膜厚度的降低帶來(lái)的短路風(fēng)險(xiǎn)等。作為純電動(dòng)新能源汽車的核心部件，鋰離子電池的安全問(wèn)題已成為限制其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)之一。造成鋰離子電池安全事故的原因除電池組設(shè)計(jì)缺陷、使用過(guò)程濫用及外部環(huán)境沖擊外，主要與單體電池的組成、設(shè)計(jì)及制造工藝有關(guān)，其中電池組成對(duì)安全性能的影響尤為關(guān)鍵。

隔膜作為鋰離子電池的四大主材之一，對(duì)鋰離子電池綜合性能有著重要影響，尤其是在安全性能方面，隔膜位于正極與負(fù)極之間，起防止電池短路和提供電解質(zhì)離子通道的作用。對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э胤磻?yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，整個(gè)過(guò)程可分為三個(gè)階段：(1)電池內(nèi)部熱失控階段，由于加熱、短路等原因使電池內(nèi)部溫度上升至100℃左右，陽(yáng)極SEI膜開始分解，嵌入石墨的鋰與電解液發(fā)應(yīng)，將電池內(nèi)部進(jìn)一步推高。(2)電池鼓脹過(guò)程，當(dāng)電池溫度升至200℃，陰極材料分解，釋放大量的熱和氣體，250～350℃嵌鋰態(tài)陽(yáng)極開始與電解液發(fā)生反應(yīng)。(3)電池整體熱失控，該階段隨著鋰離子電池內(nèi)壓劇烈升高，電池外包裝被沖破，外界氧氣、電解液蒸汽以及各種反應(yīng)產(chǎn)生的可燃性煙氣/可燃性煙汽發(fā)生燃燒反應(yīng)，進(jìn)而燃燒起火，導(dǎo)致鋰離子電池整體熱失控。在鋰離子電池?zé)崾Э剡^(guò)程中，現(xiàn)有改進(jìn)將隔膜的作用主要體現(xiàn)在第一階段，聚烯烴類隔膜發(fā)生熔融，孔結(jié)構(gòu)閉合，阻止鋰離子傳輸，電池?cái)嗦罚瑥亩拗其囯x子電池進(jìn)一步的熱失控。

近年來(lái)，電池生產(chǎn)企業(yè)、原料供應(yīng)商和科研院所圍繞鋰離子電池安全性能做了大量工作，在保持正極、負(fù)極材料不變的前提下，改善鋰離子電池安全性能的途徑主要分為電解液內(nèi)添加阻燃添加劑和采用熱閉孔隔膜或功能涂敷隔膜兩個(gè)方面。但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中阻燃添加劑直接加入到電解液中，會(huì)對(duì)鋰離子電池的電化學(xué)性能造成嚴(yán)重影響。采用熱閉孔隔膜或功能涂敷隔膜在很大程度上可以提升鋰離子電池的安全性能，對(duì)于電池正常工作時(shí)的電化學(xué)性能影響較小，但是還是無(wú)法從根本上控制電池?zé)崾Э厮俾省?/p>

因此，如何找到一種合適方法，能夠解決現(xiàn)有的隔膜中，存在的上述問(wèn)題，在保證產(chǎn)品綜合性能不受影響的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池安全性能的有效管控，已成為限制其快速發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，也是業(yè)內(nèi)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種阻燃復(fù)合隔膜及其制備方法、鋰離子電池，特別是一種含有雙層阻燃微膠囊功能涂層的復(fù)合隔膜。本發(fā)明提供的復(fù)合隔膜具有雙重包覆結(jié)構(gòu)的阻燃微膠囊功能涂層在電池?zé)崾Э爻跗冢⒛z囊外層囊壁熔融填充基膜微孔，限制鋰離子傳遞，降低電池發(fā)熱量；當(dāng)電池發(fā)生進(jìn)一步熱失控，內(nèi)層囊壁破裂，囊芯阻燃劑得以釋放，從根本上控制電池?zé)崾Э厮俾剩嵘囯x子電池安全性能，而且制備工藝簡(jiǎn)單，適于工業(yè)化推廣和應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種阻燃復(fù)合隔膜，包括基膜；

復(fù)合在基膜至少一面上的阻燃涂層；

所述阻燃涂層包括雙層阻燃微膠囊。