[发明专利]一种新型无机涂层锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜制备领域，特别是一种具有新型无机涂层的耐高温型锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有工作电压高、能量密度大、无记忆效应、循环寿命长和自放电低等优点，成为各类便携电子产品的主力电源。随着国家《节能与新能源汽车产业发展规划》的确立，锂离子电池及相关材料将得到快速发展。

锂离子电池由正极、负极、电解液及隔膜四部分组成。作为锂离子电池的关键材料，当前商品化的锂电隔膜以聚乙烯和聚丙烯微孔膜为主，但由于材料本身性质的限制而无法应用于动力锂离子电池领域。目前，关于动力型锂离子电池隔膜的研究成为热点，综合提高隔膜的高温安全性和电学性能成为迫切解决的问题。

针对传统聚烯烃隔膜的缺点，研究者开发了具有陶瓷涂层的锂电隔膜，其结合了有机底膜的柔性和陶瓷材料的耐高温性等优点，在电池充放电过程中，即使有机底膜发生熔化，陶瓷涂层仍然能够保持隔膜的完整性，防止电池大面积正/负极短路、爆炸事故的发生，这种复合隔膜为提高大功率电池的安全性提供了一个有效的解决方案。

最近研究发现，虽然陶瓷涂层能够改善隔膜的耐热性，但由于纳米陶瓷粒子在底膜孔道结构中紧密堆积，导致隔膜的电学性能发挥受到限制，如隔膜的离子导电性降低，而降低涂膜浆料中粘合剂的用量或增大陶瓷粒子的粒径有益于改善隔膜的综合性能。研究发现，当浆料中粘合剂质量分数由70%降低至10%时，隔膜的锂离子电导率由0.25mS.cm^-1上升至0.91mS.cm^-1，但是继续降低粘合剂用量将导致隔膜的机械性能显著降低。

因此，满足动力锂离子电池要求的高性能隔膜的研究任重道远，还需要从制膜材料和工艺等方面进行更深入的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型无机涂层锂离子电池隔膜及其制备方法，用此方法制备的锂离子电池隔膜的高温安全性好，锂离子电导率高，膜厚度均匀性好，工艺简单易行，生产效率高，可满足大规模工业化生产的需要。

本发明的技术方案是：

一种新型无机涂层锂离子电池隔膜，包括多孔柔性底膜以及涂覆于底膜两侧的涂层，涂层厚度为2~10μm；其中，涂层是含有沸石粒子和粘合剂的混合物；

涂覆涂层所用涂膜浆料由以下质量份的原料组成：1000~10000质量份溶剂、2~400质量份增稠剂、20~1000质量份沸石粒子、5~200质量份粘合剂。

优选地，涂覆涂层所用涂膜浆料由以下质量份的原料组成：3000~6000质量份溶剂、25~150质量份增稠剂、200~500质量份沸石粒子、20~100质量份粘合剂。

所述的多孔柔性底膜为多孔有机底膜，包括：多孔聚乙烯、多孔聚丙烯、多孔聚偏氟乙烯、聚酯无纺布、聚丙烯无纺布或聚酰亚胺无纺布等。

所述的多孔聚乙烯、多孔聚丙烯或多孔聚偏氟乙烯底膜采用相转化法制备，厚度为10~35μm，孔隙为35%~50%，孔径分布均匀，平均孔径小于2μm；所述的聚酯无纺布、聚丙烯无纺布、聚酰亚胺无纺布底膜的厚度要求小于40μm，孔隙率40%~85%，孔径分布均匀，平均孔径小于20μm。

所述的沸石粒子具有0.3nm～0.7nm的孔道结构，具有硅铝酸盐的晶体结构，800℃下沸石骨架结构稳定；所述的沸石粒子包括NaA沸石、MFI沸石、FAU沸石、MOR沸石、SAPO-34沸石中的任意一种或两种以上混合物；所述的沸石粒子粒径分布均匀，粒径范围为0.1~5.0μm。

所述的涂膜浆料中沸石粒子的质量浓度为2%~50%，优选为5%~40%。

所述的粘合剂包括硅溶胶、钛溶胶、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲脂溶液或丁苯橡胶乳液中的任意一种或两种以上混合物。

所述的涂层中粘合剂与沸石粒子的比例不宜过高，质量比为(0.1~1):1。

所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或两种以上任意比例混合物。

所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、聚乙烯醇中的任意一种或两种以上混合物，浓度为0.2wt%~15wt%，优选为0.8wt%~5wt%。

所述的新型无机涂层锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）在球磨或机械搅拌辅助下，将增稠剂分散在溶剂中形成溶液；

（2）向步骤（1）所得溶液中添加粘合剂，继续搅拌均匀；

（3）继续向步骤（2）所得溶液中添加沸石粒子，搅拌至浆料均匀；