[發明專利]一種復合陶瓷顆粒及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110481428.2
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113278310B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 官淑敏;鄧豪;馬斌;陳杰;楊山;李載波
• 申請（專利權）人: 惠州鋰威新能源科技有限公司
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D5/32;C09D7/65;H01M50/443;H01M50/449;H01M50/489;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達;王滔

本發明提供了一種復合陶瓷顆粒及其制備方法和應用，包括相變顆粒、陶瓷顆粒和受熱易成膜材料；其中，相變顆粒作為復合陶瓷顆粒的內核；陶瓷顆粒作為所述復合陶瓷顆粒的中間層；所述陶瓷顆粒為介孔空心球結構，所述相變顆粒填充于所述陶瓷顆粒內；受熱易成膜材料作為所述復合陶瓷顆粒的外殼，包覆于所述陶瓷顆粒的表面；所述受熱易成膜材料的熔點為80～150℃。相比于現有技術，本發明采用三層核殼結構的陶瓷顆粒來制備陶瓷涂層，相比于常規的陶瓷顆粒制備的陶瓷涂層，本發明的復合陶瓷顆粒的結構設計有效解決了現有陶瓷涂層耐熱性不足的問題。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及一種復合陶瓷顆粒及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池因具有高比能，無記憶效應和優異的循環壽命等優點，被廣泛地應用于數碼相機、手機、平板電腦、無人機等各種電子設備當中，并不斷向新能源汽車領域發展，是電化學儲能裝置發展的重要推動力。

在鋰離子電池的結構中，包括正極、負極、電解液和隔膜。隔膜位于正極和負極之間，其主要作用是使正極和負極分隔開來，阻止活性物質遷移；同時，還具有提供鋰離子遷移通道的作用。因此隔膜對電池安全性能起到至關重要的作用。隨著5G時代的到來，對電池具備更高安全性能的要求愈加嚴苛。

目前，商業化的鋰離子電池隔膜主要為多孔聚烯烴基膜，表面采用凹版輥壓涂覆的方式將納米陶瓷顆粒和粘合劑的混合物涂覆在基膜的表面，提高隔膜耐高溫性能。然而，此種結構的隔膜仍存在以下的不足：1)當溫度超過聚烯烴隔膜的熔點時，多孔結構聚烯烴發生熔化坍塌，導致外部陶瓷涂層粉化，無法提供有效支撐，隔膜發生明顯收縮，正負極存在直接接觸的風險；2)高溫條件下，聚烯烴基膜熔化后無法提供任何機械強度，導致隔膜極易發生刺穿導致內部短路。

有鑒于此，確有必要提供一種解決上述問題的技術方案。

發明內容

本發明的目的之一在于：提供一種復合陶瓷顆粒，由該復合陶瓷顆粒制成的陶瓷涂層替代了傳統的陶瓷涂層，通過對陶瓷涂層的結構進行優化，改善了傳統隔膜中陶瓷涂層耐熱不足的問題。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種復合陶瓷顆粒，包括：

相變顆粒，作為復合陶瓷顆粒的內核；

陶瓷顆粒，作為所述復合陶瓷顆粒的中間層；所述陶瓷顆粒為介孔空心球結構，所述相變顆粒填充于所述陶瓷顆粒內；

受熱易成膜材料，作為所述復合陶瓷顆粒的外殼，包覆于所述陶瓷顆粒的表面；所述受熱易成膜材料的熔點為80～150℃。

本發明提供的復合陶瓷顆粒為三層核殼結構的陶瓷顆粒，以相變顆粒作為內核填充在介孔空心球結構的陶瓷顆粒內，當發生熱失控時，相變顆粒可吸收部分熱量，在一定程度上控制電池內部溫度驟升，保障了隔膜中基膜尺寸的完整性和機械性，且該相變顆粒因是填充在空心球內，其與電解液及正負極活性物質均隔絕開，電池正常使用中相變顆粒并不會影響電池的電化學性能。此外，還以受熱易成膜材料作為外殼，包裹于陶瓷顆粒的表面，如此在溫度達到該材料的熔點時(該熔點一般低于大部分的副反應的反應溫度)，其受熱熔融成膜緊密將陶瓷涂層包裹于其中，從而阻斷了陶瓷涂層的離子傳輸通道，進一步保障了電池的安全。本發明的復合陶瓷顆粒通過對現有陶瓷涂層的結構進行優化，從多個方面解決了傳統隔膜中陶瓷涂層耐熱不足的問題。

優選的，所述相變顆粒與所述陶瓷顆粒的重量比可為(8～12)：(6～10)。

優選的，所述相變顆粒為石蠟、結晶水合鹽和熔融鹽中至少一種；所述結晶水合鹽包括二水硫酸鈣、五水硫酸銅、六水氯化鈷、六水氯化鈣、六水氯化鋁、七水硫酸亞鐵、十水碳酸鈉、十水硫酸鈉中的至少一種；所述熔融鹽包括氯化鋰、氯化鉀、氯化鈉、硫酸鋰、硫酸鉀、磷酸鉀中的至少一種。