[發明專利]一種鋰電隔膜與電池集成制備方法

在審

• 申請號: 202210426828.8
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN115020920A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 呂維強;尼圖·木帶斯特·維尼·門迪耶夫;萬兆;余遠東;牛英華
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）;超安鋰電科技（湖州）有限公司
• 主分類號: H01M50/457
• 分類號: H01M50/457;H01M50/446;H01M50/403;H01M50/414;H01M50/417;H01M50/423;H01M50/431;H01M50/434;H01M50/437;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 何健雄

本發明公開了一種鋰電隔膜與電池集成制備方法，所述的鋰電隔膜，包含三層結構，三層結構具體材料如下所示，第一層基膜：鋰電多孔隔膜基膜；第二層絕緣熱穩定層：陶瓷粉末或熱穩材料，聚合物粘結劑；第三層活性物質層：正極/負極活性物質，聚合物材料，導電劑。相比于使用商業隔膜組裝的電池，本發明的隔膜與電極集成方式具有更高的面積比容量。電極活性涂覆涂層隔膜由于增強了電解液對電極的浸潤效果，可以提升了電極與隔膜之間的界面穩定性與兼容性，相比單獨的惰性陶瓷涂層隔膜具有更高的離子電導率。電極活性涂覆涂層加陶瓷隔膜一體集成亦提升隔膜機械性能和熱穩定性，提升了電池安全性能。

技術領域

本發明涉及電池制備技術領域，具體涉及到一種鋰電隔膜與電池集成制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為當今最重要的儲能器件，在消費電子、電動交通與大規模儲能等領域具有非常廣泛的應用。容量和安全是鋰離子電池最重要的指標。鋰離子電池的容量和安全不僅與構成鋰離子電池的正極材料、負極材料、隔膜和電解液等材料有關，也與電池材料的分布方式和電池組裝方式有關。比如通過增加電極材料涂覆厚度可以提升電池容量，但是電極涂覆厚度的增加導致電極材料電解液浸漬困難，電極材料利用率與電池倍率會變差。另一方面，電池隔膜的穩定性亦在很大程度上影響電池安全性。當電池在大電流充放電、過充過放、電池短路等情況下造成電池溫度上升時，聚合物基的隔膜會發生熱收縮或熔斷，造成電池進一步的內短路和熱失控甚至爆炸。通過在聚合物基隔膜上涂覆一層氧化鋁、勃姆石等惰性陶瓷涂層或者是耐熱性良好的芳綸纖維涂層，可以顯著提升隔膜的熱穩定性并提升電池安全性能。盡管如此，電池的安全性依然有待繼續提升，在提升電池安全性的同時也不能以犧牲電池容量為代價。

發明內容

本發明的在于提供一種鋰電隔膜與電池集成制備方法，以克服聚合物隔膜熱穩定性差的缺陷，提升電池安全性，并保持甚至能提升電池容量。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種鋰電隔膜，包含三層結構，三層結構具體材料如下所示：

第一層基膜：鋰電多孔隔膜基膜；

第二層絕緣熱穩定層：陶瓷粉末或熱穩材料5wt％-99wt％，聚合物粘結劑1wt％-95wt％；

第三層活性物質層：正極/負極活性物質0.5wt％-99wt％，聚合物材料0.5wt％-99wt％，導電劑0.5wt％-10wt％。

進一步地，第一層所述基膜為以下一種或它們之間的任意組合：聚丙烯、聚乙烯、硝酸纖維素膜、醋酸纖維素膜、聚酰胺膜、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酯膜、熱塑性聚酰亞胺、熱固性聚酰亞胺、聚酰胺-酰亞胺，聚醚亞胺、研穆纖維膜、聚酞胺膜、金屬膜、合金膜、陶瓷膜、高分子技術配合膜、分子篩復合膜、沸石膜、玻璃膜。

進一步地，第二層所述陶瓷粉末或熱穩材料可從以下材料或它們的任意組合中挑選：氧化鋁、氫氧化鎂、二氧化硅、勃姆石、氫氧化鈣、芳綸纖維。

進一步地，第二層的聚合物粘結劑和第三層的聚合物材料包括聚偏氟乙烯基聚合物、羧甲基纖維素、聚苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸丁脂、聚丙烯腈、聚(環氧乙烷)、聚環氧丙烷、聚(丙烯腈)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏二氟乙烯)、聚雙甲氧基乙氧基乙醇鹽-磷腈、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、以及聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯、聚(全氟磺酸)﹑磺化聚四氟乙烯、聚四氟乙烯的磺化全氟烷氧基衍生物、磺化聚礬、磺化聚(醚酮)﹑磺化聚(醚醚酮)﹑磺化聚苯乙烯、磺化聚酰亞胺﹑磺化苯乙烯-丁二烯共聚物﹑磺化聚氯-三氟乙烯、磺化全氟乙烯-丙烯共聚物、磺化乙烯-氯三氟乙烯共聚物﹑磺化聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯與六氟丙烯和四氟乙烯的磺化共聚物、乙烯和四氟乙烯的磺化共聚物、聚苯并咪唑及這些材料的化學衍生物、共聚物、共混物中的一種或多種。

進一步地，第三層所述正極活性物質包括磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元正極材料、錳酸鋰、鈷酸鋰以及它們的混合物、摻雜物和衍生物。