[發(fā)明專利]一種聚合物顆粒、含有該聚合物顆粒的隔膜及鋰離子電池

有效

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• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112795184B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張祖來;李素麗;艾新平;唐偉超;李俊義;徐延銘
• 申請（專利權(quán)）人: 珠海冠宇電池股份有限公司
• 主分類號: C08L79/02
• 分類號: C08L79/02;C08L23/06;C08L51/04;C08L67/04;C09D179/02;C09D123/06;C09D151/04;C09D167/04;C09D127/16;H01M10/0525;H01M10/0565
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝怡婷

本發(fā)明提供了一種聚合物顆粒、含有該聚合物顆粒的隔膜及含有該隔膜的鋰離子電池。所述聚合物顆粒具有核殼結(jié)構(gòu)，即包括殼層和核芯，形成所述殼層的材料包括熱敏聚合物，形成所述核芯的材料包括多孔聚合物復(fù)合改性材料；所述多孔聚合物復(fù)合改性材料中包括共價有機框架化合物本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)的鋰離子電池隔膜，采用聚合物定向設(shè)計包覆的方法，篩選熱敏聚合物包覆多孔聚合物復(fù)合改性材料，在不影響鋰離子電池性能的前提下，在隔膜表面涂覆含有熱敏聚合物包覆多孔聚合物復(fù)合改性材料的微球，能有效改善鋰離子電池的高溫安全性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚合物顆粒、含有該聚合物顆粒的隔膜及含有該隔膜的鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著3C產(chǎn)品的普及和電動汽車市場的興起，對鋰離子二次電池的需求越來越大。隔膜作為鋰離子電池的關(guān)鍵部件，其性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。因此，高性能隔膜的開發(fā)已經(jīng)成為改善鋰電池性能的重要方向，尤其隔膜的安全性成為我們關(guān)注的重點。

鋰離子二次電池以能量密度、安全、環(huán)保聞名于世，但能量密度的提升不可避免的影響電池安全性能。鋰離子電池的安全性是業(yè)內(nèi)一直關(guān)注的重點，而隔膜的安全性是其中的重中之重。這就要求隔膜具有優(yōu)異的力學(xué)性能，較低閉孔溫度和較高的溫度下保持形狀的能力。現(xiàn)在大規(guī)模商用化的鋰電池隔膜主用采用聚烯烴如聚丙烯和聚乙烯材質(zhì)，隨著人們對鋰電池性能要求越來越高，單純這兩種材質(zhì)的隔膜熱安全性和保持電解液的能力難以滿足要求，研究制備其他材料和聚烯烴的高性能復(fù)合隔膜成為目前隔膜改性的最重要的方向。

傳統(tǒng)的改善隔膜耐熱性能主要在聚烯烴基材表面涂覆一層或多層耐熱性涂層。如有文獻提到在聚烯烴基材隔膜表面涂覆一層無機陶瓷微球，提高隔膜的耐熱性能，但這不能從根本上解決電池的安全性能；還有文獻提到在聚烯烴基材隔膜表面涂覆一層改性無機陶瓷微球，提高隔膜的耐熱性，但同樣不能從根本上解決電池的安全性能；另外有文獻提到在聚烯烴基材隔膜表面涂覆一層熱敏感涂層，改善電池的耐過充性能，由于在涂層加入了大量的聚合物熱膨脹微球，降低了電池的循環(huán)和倍率性能。

發(fā)明內(nèi)容

傳統(tǒng)的解決隔膜的耐熱性，主要是通過在聚烯烴基材隔膜表面涂覆一層或多層耐熱性涂層以提高隔膜的耐熱性，但這種方法只是暫時提高了電池的安全性能，不能從根本上解決電池的安全問題。

為了改善現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種含有涂覆層的隔膜及含有該隔膜的鋰離子電池，所述涂覆層由包括聚合物顆粒的混合體系涂覆得到，所述聚合物顆粒具有核殼結(jié)構(gòu)，即包括殼層和核芯，形成所述殼層的材料包括熱敏聚合物，形成所述核芯的材料包括多孔聚合物復(fù)合改性材料。含有所述涂覆層的隔膜，在常規(guī)使用過程中不會發(fā)生變化，也不會對鋰離子電池產(chǎn)生不良影響，但是在鋰離子電池受熱達到熱敏聚合物的熱敏溫度區(qū)間(如110-140℃)時，熱敏聚合物發(fā)生熔融形成一保護層，該保護層可以阻隔鋰離子通過，避免電池正負極的進一步反應(yīng)釋放大量的熱量造成熱失控，同時熱敏聚合物熔融后會釋放出內(nèi)部的多孔聚合物復(fù)合改性材料，而該多孔聚合物復(fù)合改性材料由于具有超高的比表面積，可以吸附電池在高溫下產(chǎn)生的部分氣體，進一步提升電池的安全性能，實現(xiàn)從根本上解決電池的安全性能。

具體的，本發(fā)明提出了如下技術(shù)方案：

一種聚合物顆粒，所述聚合物顆粒具有核殼結(jié)構(gòu)，即包括殼層和核芯，形成所述殼層的材料包括熱敏聚合物，形成所述核芯的材料包括多孔聚合物復(fù)合改性材料；所述多孔聚合物復(fù)合改性材料中包括共價有機框架化合物。

根據(jù)本發(fā)明，所述多孔聚合物復(fù)合改性材料的平均孔徑為0.1-5nm，優(yōu)選為0.5-3nm。例如為0.1nm、0.2nm、0.3nm、0.5nm、0.8nm、1nm、1.5nm、2nm、2.4nm、2.5nm或3nm，或者這些孔徑的任意組合的范圍內(nèi)的具體選擇。

根據(jù)本發(fā)明，所述多孔聚合物復(fù)合改性材料的比表面積為50-2000m²/g。