[发明专利]一种复合陶瓷涂料、锂离子电池复合陶瓷隔膜及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合陶瓷涂料，同时还涉及一种使用该涂料的锂离子电池复合陶瓷隔膜及使用该隔膜的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于其能量密度高、输出电压高、无记忆效应、循环性能优异、环境友好等优点，已经被广泛应用于移动通讯、数码产品、电动工具等中小型电器中。随着国内外对新能源汽车的大力推广，锂离子电池因其独特的优势，成为电动汽车动力电源的首选。

一般情况下，锂离子电池的结构包括正极、负极、隔膜、电解液和电池外壳。锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌；充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

锂离子电池中，隔膜具有隔绝正负极接触的作用，同时又能保证锂离子通过。目前，商业化的锂离子电池中采用的是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(PE)、和聚丙烯(PP)的单层或者多层膜。由于聚烯烃微孔膜具备闭孔(Shutdown)功能，即在一定温度下其微孔结构会发生自封闭从而切断电流，但是由于隔膜原材料自身熔点温度较低(PE熔点约为130℃，PP熔点约为160℃)，其闭孔温度不会高于熔点温度，而且闭孔的同时也就意味着隔膜本身已经发生严重的收缩，无法阻止电池短路的进一步发生，因此，聚烯烃类隔膜的闭孔功能在电池内部温度较高或者热失控的情况下无法阻止短路发生，势必造成安全事故。

陶瓷隔膜是在隔膜表面涂覆一层热稳定性良好的耐热层，可以在隔膜表层形成一个稳定的框架，阻止隔膜的进一步收缩，即使隔膜局部熔化，表面的耐热层也可以置于正负极片之间，形成一个良好的绝缘壁垒，切断电流，防止短路的进一步发生。目前，传统的陶瓷隔膜的制备方式主要是将陶瓷粉体(如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛)、粘结剂、分散剂等均匀分散在溶剂中形成浆料，再涂布到聚烯烃隔膜的表面形成陶瓷涂层，可有效提高锂离子电池隔膜的热稳定性和机械性能。现有技术中，专利CN102437302A公开了一种锂离子电池隔膜，包括作为基层的聚烯烃微孔薄膜，在所述聚烯烃微孔薄膜的一侧表面上或两侧表面上制作纳米陶瓷材料涂层，所述纳米陶瓷材料涂层的成分包括纳米级的氧化锆、氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化硼、氧化铝中任意一种或其中的任意一种氧化物与任意一种氮化物的组合，所述纳米陶瓷材料涂层的成分还包括粘结剂。专利CN1034569908A公开了一种高安全性隔膜，该隔膜由基材层和涂覆层两部分组成，涂覆层为双面，隔膜的结构为涂覆层-基材层-涂覆层，基材层的材料为聚烯烃，涂覆层的材料为无机纳米陶瓷颗粒，所述基材层和涂覆层之间通过粘结剂固定。上述具有陶瓷涂层的隔膜具有更好的机械性能、绝缘性能和耐高温收缩性能，从而改善了锂离子电池的高温热稳定性。但是，陶瓷涂层的存在使锂离子电池的内阻增大，劣化了电池的电化学性能，从而影响了电池的质量和使用寿命。专利CN101989651A公开了一种含离子聚合物的交联陶瓷涂层隔膜，是将离子聚合物、陶瓷颗粒、功能无机化合物、固化剂、引发剂混合制成涂料，涂覆在基膜一侧或两侧，干燥后经热聚合或紫外线照射进行化学交联所得的隔膜，该隔膜虽然在一定程度上降低了内阻，但是该陶瓷隔膜的热收缩率较高，热稳定性较差，从而导致电池的电化学性能及稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合陶瓷涂料，解决现有涂料所得陶瓷隔膜使锂离子电池的内阻增大，劣化电池的电化学性能的问题。

本发明的第二个目的是提供一种使用上述涂料的锂离子电池复合陶瓷隔膜。

本发明的第三个目的是提供一种使用上述隔膜的锂离子电池。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种复合陶瓷涂料，该涂料包含陶瓷粉体和无机固体电解质粉体；所述陶瓷粉体与无机固体电解质粉体的质量比为1～19:1～9。

优选的，所述陶瓷粉体与无机固体电解质粉体的质量比为1～7:3～9。

所述陶瓷粉体的粒度为0.5～5μm；所述固体电解质粉体的粒度为0.5～5μm。

所述无机固体电解质为具有离子电导性的含锂氧化物、含锂硫化物中的任意一种或组合。