[發(fā)明專利]一種復(fù)合隔膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011052027.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN112086611B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟喜民;汪龍;姜濤;孫煥麗;孟祥宇;許立超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M50/44
• 分類號(hào): H01M50/44;H01M50/446;H01M50/449;H01M50/451;H01M50/454;H01M50/403;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)智匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發(fā)明涉及一種復(fù)合隔膜及其制備方法和應(yīng)用，所述復(fù)合隔膜包括無紡布基膜以及覆于所述無紡布基膜的孔壁和表面的涂膠層；所述涂膠層中含有鋰鹽、聚氧化乙烯類聚合物和陶瓷固體電解質(zhì)。本發(fā)明利用活性PEO和陶瓷固體電解質(zhì)填充進(jìn)無紡布的孔隙內(nèi)，降低無紡布的孔徑，避免了無紡布隔膜使用時(shí)短路的風(fēng)險(xiǎn)，另外，活性PEO和陶瓷固體電解質(zhì)均具有良好的離子導(dǎo)電能力，二者協(xié)同，能夠使復(fù)合隔膜具有更好的離子導(dǎo)電能力，同時(shí)兼具優(yōu)異的吸液性、粘結(jié)力、機(jī)械性能和溫度穩(wěn)定性，且成本低廉，安全無毒。將本發(fā)明的復(fù)合隔膜應(yīng)用于鋰離子電池中，能夠使電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合隔膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

在鋰離子電池中，現(xiàn)有的聚烯烴隔膜在熱穩(wěn)定性及耐鋰枝晶穿刺性能等方面均難以滿足下一代儲(chǔ)能或動(dòng)力電源安全性的苛刻要求。這類隔膜一般是通過干法或濕法造孔技術(shù)并經(jīng)拉伸得到，其缺點(diǎn)是在電池溫度過高情況下先會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的熱收縮，造成隔膜崩潰，導(dǎo)致電池內(nèi)短路，熱失控，進(jìn)而發(fā)生嚴(yán)重安全事故。為此，外隔膜廠商正在加大力度，開發(fā)下一代隔膜。

無紡布隔膜具有極高的孔隙率(大于80％)，因其制備為非拉伸工藝，若選用耐高溫原料，如聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、尼龍、玻纖等，隔膜可在200℃以上無熱收縮，這些特點(diǎn)可為電池提供極佳的倍率性能和安全性能，因此無紡布隔膜被眾多業(yè)界人士視為下一代動(dòng)力、儲(chǔ)能電池用鋰電隔膜材料。盡管如此，無紡布隔膜單獨(dú)用作鋰電隔膜，還未獲得完全認(rèn)可。這是因?yàn)檫@類膜的微孔孔徑大多為微米級(jí)，而現(xiàn)在的鋰電池中越來越多的應(yīng)用納米材料做為電極材料，從而導(dǎo)致無紡布難以完全阻止納米材料的穿透。

US20110206971A公開了在纖維素非織造布上復(fù)合Al₂O₃(或其他無機(jī)物)以制備膜，隔膜體現(xiàn)了纖維素受熱不易變形的特性，在200℃下不發(fā)生收縮和熔融現(xiàn)象，可提高動(dòng)力電池的安全性，但是制備過程涉及的相轉(zhuǎn)化法較復(fù)雜，費(fèi)用高，且隔膜復(fù)合強(qiáng)度無機(jī)涂層易脫落從而造成安全隱患。

CN104393221A公開了一種陶瓷隔膜的制備方法，即直接將二氧化硅分散在乙醇水溶液中，將制得的漿液涂覆到聚乙烯無紡布上，干燥后得到復(fù)合隔膜。這個(gè)方法簡單易操作，成本也低，但是隔膜的厚度達(dá)到150-170μm，鋰電池隔膜的厚度太厚則會(huì)增加電阻影響電池性能，另外二氧化硅涂層和無紡布之間只是靠物理吸附和機(jī)械力連接，隔膜在使用過程中涂層容易脫落。

CN103682217A公開了一種無紡布鋰電池隔膜的制備方法，其先在無紡布表面及纖維孔隙中引入含氫的活性基團(tuán)，再采用溶膠凝膠法制備溶膠并加入納米二氧化硅微球，隨后將溶膠涂覆在改性無紡布上，干燥后無紡布復(fù)合隔膜。該方法有效提高了隔膜的耐高溫性，但反應(yīng)中途加入的納米二氧化硅微球在溶膠中的分散性較差使得涂層的均勻性也變差。

因此，本申請(qǐng)亟待開發(fā)一種具有良好熱性能和機(jī)械性能、循環(huán)使用壽命長、對(duì)電解液有良好潤濕性和保液性、安全性高、環(huán)境污染小且成本低的鋰離子電池隔膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種復(fù)合隔膜，所述復(fù)合隔膜具有良好的離子導(dǎo)電能力、吸液性、粘結(jié)力以及良好的機(jī)械性能和溫度穩(wěn)定性，循環(huán)使用壽命長，安全性高，環(huán)境污染小，成本低。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種復(fù)合隔膜，所述復(fù)合隔膜包括無紡布基膜以及覆于所述無紡布基膜的孔壁和表面的涂膠層；

所述涂膠層中含有鋰鹽、聚氧化乙烯(PEO)類聚合物和陶瓷固體電解質(zhì)。

所述聚氧化乙烯類聚合物可以是聚氧乙烯均聚物，也可以是與其他單體共聚而成的共聚物，其中，鋰鹽和PEO類聚合物組合形成“活性PEO”。