[發明專利]鋰電池隔膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210502166.8
• 申請日: 2022-05-10
• 公開（公告）號: CN114597591B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 朱高龍;劉勝男
• 申請（專利權）人: 四川新能源汽車創新中心有限公司
• 主分類號: H01M50/434
• 分類號: H01M50/434;H01M50/446;H01M50/449;H01M50/489;H01M50/497;H01M50/403;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 胡東東

本發明公開了一種鋰電池隔膜及其制備方法和應用，所述電池隔膜包括基膜和設置在所述基膜至少一個表面上的涂層，按質量百分比計，所述涂層包括如下組分：表面硅烷化處理的陶瓷粉末1%?20%、聚合物20%?60%和鋰鹽20%?70%。本發明一方面利用表面硅烷化的陶瓷粉末與聚合物之間化學鍵的相互作用，并結合干燥工藝制備內部致密且表面平整的膜涂層，可有效防止負極還原性氣體串擾；另一方面通過陶瓷顆粒與聚合物基質的協同耦合，實現快速的鋰離子傳導。從而獲得的電池隔膜具有高離子傳導率、低透氣性的特點，能夠有效防止負極還原性氣體串擾造成的熱觸發溫度T2的提前，解決了由此引發的熱失控問題，提高了鋰離子電池的安全性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池制備技術領域，特別涉及一種鋰電池隔膜及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、綠色環保等優點被廣泛應用于各種電子產品及新能源汽車上，隨著電動汽車行業的快速發展，鋰離子電池向高能量密度、長循環壽命、安全、低成本方向發展，然而隨著鋰離子電池能量密度的不斷提升，在滿足其續航里程的同時，也帶來較大的安全性問題。

對于電池熱失控的發展過程，研究人員通過大量實驗和分析，將熱失控大致劃分為三個特征溫度：自生熱的起始溫度T1，熱失控的觸發溫度T2，熱失控的最高溫度T3，T1-T2溫度范圍內的熱量的重要來源是負極表面SEI膜的分解和再生產生的還原性氣體，穿過隔膜與正極發生氧化還原反應，造成熱觸發溫度T2的提前，最終導致電池的熱失控。

隔膜作為鋰離子電池結構中關鍵的主材之一，它的性能決定了電池的界面結構、內阻等，會直接影響電池的容量、循環以及安全性能，它的主要作用是隔開正/負極，防止兩極接觸而短路，并能使鋰離子通過，隔膜上的微孔結構正是這些鋰離子往返于正/負極的重要通道。目前無論是能量密度型鋰離子電池或倍率型電池使用的陶瓷隔膜都具有較高的孔隙率，較低的透氣值，為了有效阻止負極產生的還原性氣體穿過隔膜孔隙與正極發生氧化還原反應，則需要增加隔膜的透氣度，即降低隔膜的透氣性，然而該做法會阻斷離子傳導通道，導致電池的容量和循環壽命的降低。

中國專利CN112909430A公開了一種鋰離子電池隔膜及其制備方法和鋰離子電池，在該專利技術中，其電池隔膜包括基膜和設置在基膜上的陶瓷涂層，陶瓷涂層包括第一類顆粒和第二類顆粒，第一類顆粒為經聚合物鋰鹽修飾的陶瓷顆粒，第二類顆粒為未修飾的陶瓷顆粒。在該說明書第0008和0009段指出：將具有聚合物鋰鹽修飾的第一類顆粒和未修飾的第二類顆粒進行搭配使用，可以提高鋰離子電池隔膜的離子電導率，在第一類顆粒中，聚合物鋰鹽通過化學基團連接在陶瓷顆粒表面，可以避免聚合物鋰鹽在陶瓷涂層制備過程中，由于溶劑的作用，陶瓷顆粒表面解吸而脫落到陶瓷顆粒的空隙中，這樣的連接方式使該鋰離子電池隔膜具有很好的透氣性（透氣性一般用透氣度來表征，透氣度的值越高，透氣性就越差，反之，透氣度的值越低，透氣性就越好），可以避免正極金屬離子在負極析出，從而提高了電池性能；如果聚合物鋰鹽只是簡單的物理吸附在陶瓷顆粒表面，則非常容易在涂布過程中與陶瓷顆粒發生解吸而脫落到顆粒堆積形成的空隙中，從而大大降低隔膜的透氣性。同時，在說明書第0206段指出：只有第一類顆粒和第二類顆粒共混才能有效提升隔膜的離子電導率，全是第一類陶瓷顆粒反而易造成不利影響，如離子導電率低，透氣性差。該專利技術通過將聚合物鋰鹽修飾陶瓷顆粒來避免聚合物鋰鹽解吸脫落堵塞陶瓷顆?？障?，并利用聚合物鋰鹽來吸附正極溶出的金屬離子，從而提高電池安全性能，同時，該專利技術利用第一類顆粒和第二類顆粒共混來克服使用第一類顆粒所帶來的離子導電率低，透氣性差的問題。然而，該專利技術需要單獨制備聚合物鋰鹽修飾的陶瓷顆粒，流程過于復雜，制備成本偏高，對組分原料的要求較嚴格，適應性較差，同時，由于該電池隔膜的高離子電導率需要隔膜具有高透氣性特點，其難以阻止負極還原性氣體的串擾，不能解決由還原性氣體串擾所導致的熱失控問題。

發明內容