[發(fā)明專利]鋰電池用耐高溫隔膜及其制備方法

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• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112490580A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁海朝;徐鋒;蘇柳;蘇碧海;郗騰;李騰
• 申請（專利權(quán)）人: 河北金力新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/446;H01M50/411
• 代理公司: 天津創(chuàng)智睿誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12251
• 代理人: 李薇

本發(fā)明公開了一種鋰電池用耐高溫隔膜及其制備方法，制備方法包括：將水和無機(jī)陶瓷材料混合均勻，砂磨，得到第一混合液，將多聚硅酸鋰、造孔劑和第一混合液混合均勻，得到高耐熱涂層漿料，將高耐熱涂層漿料涂覆于聚烯烴基膜的相對兩面或任意一面，在聚烯烴基膜的相應(yīng)面上形成涂層，干燥，得到鋰電池用耐高溫隔膜。本發(fā)明將多聚硅酸鋰應(yīng)用于無機(jī)涂層中能夠極大程度上提高隔膜的耐高溫性，同時(shí)由于多聚硅酸鋰的部分離子化引入了鋰離子，與無機(jī)陶瓷材料配合，在提高吸液率的前提下可進(jìn)一步提高隔膜的離子電導(dǎo)率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隔膜技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種鋰電池用耐高溫隔膜及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池的組成結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜、外殼等五大部分。隔膜是鋰離子電池的關(guān)鍵部件，是電池容量、循環(huán)能力和安全性能的重要決定因素。它作為電池的正負(fù)極之間的隔離層，可防止正極、負(fù)極活性物質(zhì)相互接觸，產(chǎn)生短路。

動力電池在大功率輸出性能和安全性方面的需求對鋰電池提出了重大挑戰(zhàn)。隔膜性能決定著電池的界面結(jié)構(gòu)、電池內(nèi)阻，進(jìn)而影響著容量、循環(huán)性能、充放電電流密度等電池的關(guān)鍵性能。在大功率放電過程中，電池局部溫度達(dá)到100℃左右就可以引起負(fù)極固體電解質(zhì)界面保護(hù)膜分解并釋放熱量，使電池進(jìn)一步升溫，引發(fā)有機(jī)電解液等物質(zhì)的分解和隔膜的融化，導(dǎo)致正負(fù)極直接反應(yīng)甚至爆炸。電池使用過程中遭受穿刺或撞擊也可導(dǎo)致電池電壓瞬時(shí)下降。電流劇增產(chǎn)生巨大的熱量導(dǎo)致溫度迅速升高，使電池隔膜經(jīng)受高溫狀態(tài)。另外，游離的電解液在充放電循環(huán)中，不可避免地與正負(fù)極發(fā)生氧化還原副反應(yīng)，消耗大量電解液，造成電池貧液，從而使電池的極化增大，這不僅影響了電池電化學(xué)性能的發(fā)揮，還易導(dǎo)致鋰離子還原成金屬鋰并產(chǎn)生鋰沉淀結(jié)晶生成鋰枝晶，存在安全隱患，此外，電池的過充可導(dǎo)致金屬鋰在負(fù)極表面沉積形成鋰枝晶，也會導(dǎo)致對隔膜的穿刺，動力電池在動態(tài)條件下的運(yùn)行會加劇這一行為。因此，動力鋰電池的安全運(yùn)行需要隔膜具有更高的強(qiáng)度、更好的熱尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)異的界面性能和熱化學(xué)穩(wěn)定性。

現(xiàn)有使用最多的就是商業(yè)化聚烯烴隔膜如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)隔膜，然而當(dāng)電池溫度異常升高時(shí)，此類隔膜受制于PP/PE較低的熔點(diǎn)和耐熱性，高溫時(shí)容易產(chǎn)生收縮，造成短路，易產(chǎn)生電池起火甚至爆炸的安全事故。

無機(jī)物如氧化鋁、氧化鋯等在100～300℃的范圍內(nèi)非常穩(wěn)定，且它們的微/納米材料已經(jīng)市場化。在聚烯烴隔膜表面覆蓋一層無機(jī)涂層，在電池充放電過程中，即使有機(jī)底膜發(fā)生熔化，無機(jī)涂層仍然能夠保持隔膜的完整性，防止大面積正/負(fù)極短路現(xiàn)象的出現(xiàn)，為解決大功率的電池安全性提供了一個(gè)可行的解決方案，但無機(jī)涂層中使用的粘結(jié)劑卻會因溫度的升高而失效，造成涂層的脫落，從而降低涂層膜的耐高溫性。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰電池用耐高溫隔膜的制備方法，該制備方法通過在聚烯烴隔膜表面引入功能層，提高聚烯烴隔膜耐熱性，從而提高鋰電池安全性，提高隔膜的離子電導(dǎo)率。

本發(fā)明的另一目的是提供上述制備方法獲得的鋰電池用耐高溫隔膜，該鋰電池用耐高溫隔膜能夠解決無機(jī)涂層隔膜高溫下的涂層脫落，提高隔膜耐高溫性能。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。

一種高耐熱涂層漿料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將水和無機(jī)陶瓷材料混合均勻，砂磨，得到第一混合液，其中，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述水和無機(jī)陶瓷材料的比為(30～80)：(20～70)；

在所述步驟1中，所述混合均勻通過攪拌實(shí)現(xiàn)，攪拌的時(shí)間為20～60min，砂磨的時(shí)間為10～40min。

在所述步驟1中，所述無機(jī)陶瓷材料為氧化鋁、勃姆石、氫氧化鎂、氧化硅或硫酸鋇。

步驟2，將多聚硅酸鋰、造孔劑和第一混合液混合均勻，得到高耐熱涂層漿料，其中，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，多聚硅酸鋰、造孔劑和第一混合液的比為(3～18)：(5～25)：(20～50)。