[发明专利]锂离子电池用的水性多层隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用的隔膜，以及使用该隔膜的锂离子电池，具体涉及锂离子电池用的水性多层隔膜，以及使用该隔膜的锂离子电池。

背景技术

由于具有较好的化学稳定性和优异的物理性能，微孔聚乙烯膜被广泛的应用于二次锂离子电池，如：手机电池、笔记本电池、电动工具电池及动力汽车电池。在锂离子电池的中，隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响着电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高锂离子电池的综合性能具有重要的作用。

目前，随着动力汽车在生活中的广泛应用，由于较大数量串并联电池组的出现，锂离子电池的一致性和安全性能备受关注，而锂离子电池中作为隔断正负极材料的隔膜对电池的安全性的要求则越来越高，尤其是隔膜的耐高温性能和与正负极界面间接触性能。而锂离子电池使用的隔膜一般为聚烯烃基微孔膜，由于这种聚烯烃基微孔膜熔点低于150℃，故其容易带来以下缺陷：当电池温度因内部或外部因素而升高时，这种隔膜会收缩或熔融，使得隔膜的体积变化。隔膜的收缩或熔融导致正极和负极之间的直接接触，从而产生内部短路，进而引起电池鼓胀、燃烧、爆炸等意外事故的发生。另外由于隔膜与正负极片在电池中主要是靠电池设计时预留尺寸方法设计，在电池制作完成后依靠正负极片吸液膨胀后，将正负极与隔膜通过压力的方式连接，使得中间的间隙不受控，无法保持电池的一致性。而动力汽车电池由于数量多、一致性差，造成BMS系统无法管控，进而造成安全事故。另外随着政府和社会对环境的关注越来越高，采用绿色环保的生产日益迫切，故减少油性溶剂体系迫在眉睫。

为了改善上述性能，有机基(油性)陶瓷浆料已广泛用于锂离子电池隔膜涂布。有机基浆料制成方法主要是参考锂离子电池中的Bellcore工艺，其中将混合好的PVDF(主要材料)和陶瓷(少量支撑材料)混合浆料涂在极片上。该方法改良为使用陶瓷作为主要材料，PVDF仅作为粘结剂涂布在锂离子电池隔膜上。该方法为将陶瓷颗粒添加到以PVDF为粘结剂，NMP、丙酮等有机溶剂配置的胶液中，使用动力混合的工艺制成浆料；同时利用其中的PVDF同正负极进行粘合，保证其界面特性。虽然该加工工艺较为简单，但因其使用的溶剂为溶解性较强的有机溶剂，容易对隔膜产生一定的腐蚀作用，造成隔膜机械强度降低，孔隙结构受到破坏。另外，由于其使用的溶剂对环境有较大的破坏作用，环境友好性较差且属于国家管制的物料。虽然有一些公司对此种方法发表较多研究报告或专利等，但实际隔膜涂覆生产过程较少使用，仍主要用于极片涂布方面。目前部分公司参照锂离子电池负极粘结剂体系使用一般的二元组份水性浆料，其加工方法基本与油性浆料的加工方法相同，是将陶瓷颗粒加入到水性粘结剂中通过动力混合搅拌制成。因目前采用二元组份的水性浆料成本较低，有部分厂商开始使用此加工方法；但采用此方法加工的涂覆隔膜存在隔膜中柔软，涂层较硬的情况，造成层间配合性差，柔韧性无法满足，容易造成整体剥落，掉粉的现象，对电池加工和安全性存在较大的隐患。

另外有部分厂家采用水性材料进行涂布，但无法保证其与正负极片间的粘合性能，而导致电池一致性差，最终影响到电池的安全性能。

因此，本发明急需一种锂离子电池用的水性多层隔膜，其具有较好的电池性能(例如安全性、电池一致性等等)，且能保证环境的友好性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池用的水性多层隔膜，其具有较好的电池性能(例如安全性、电池一致性等等)，且能保证环境的友好性。

本发明另外的目的是改善隔膜的热稳定性能，提升电池安全性能；又能提供一种改善隔膜与正负极间的接触界面，来提高电池的一致性，最终使得电池安全性的提升。

本发明一方面提供了一种锂离子电池用的水性多层隔膜，所述水性多层隔膜包括：

(A)聚合物隔膜基材；

(B)涂覆在聚合物隔膜基材(A)一侧或两侧上的无机或有机颗粒涂层；

(C)涂覆在无机或有机颗粒涂层(B)上的有机颗粒涂层，

所述无机或有机颗粒涂层(B)由以下组合物形成，所述组合物包括15-70重量％的无机或有机颗粒和30-85重量％的水，所述无机或有机颗粒选自：三氧化二铝、二氧化硅、硫酸钡、勃姆石或聚酰亚胺；

所述有机颗粒涂层(C)由以下组合物形成，所述组合物包括5-30重量％的有机颗粒和70-95重量％的水，所述有机颗粒选自：聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚氧化乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。