[发明专利]一种锂离子电池用陶瓷隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用陶瓷隔 膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池中隔膜的主要功能是隔离正负极并阻止电子穿过，同时能 允许锂离子通过，从而在充放电过程中完成锂离子在正负极之间的快速传 输。隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及 电池安全性能的好坏。聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相 对廉价的特点，在锂电池研究开发初期便得到广泛应用，并成为锂电隔膜 的主流方向，如单层聚丙烯(PP)微孔膜、单层聚乙烯(PE)微孔膜以及三层 PP/PE/PP复合膜。但是这种隔膜的热稳定性比较差，在高温下很容易发生 收缩，导致正负极接触，进而造成电池解体或爆炸。此外，聚烯烃材料亲 电解液能力差，保持电解液能力不足，导致电池循环寿命、大电流充放电 等性能差，这些缺点限制了其在动力储能电池的使用。

为了改善上述问题，比较常用的方法是在聚烯烃隔膜的表面涂覆陶瓷 材料，这样即使隔膜基材发生了收缩或融化，陶瓷涂层仍能阻止正负极接 触，防止大面积短路，提升安全性能。

如公开号为CN104538573A的中国专利文献公开了一种锂离子电池 用隔膜及其制备方法，其中，包括步骤：a、将无机填料、粘结剂和溶剂 进行混合，使用机械搅拌的方式制备成均匀的浆料；b、将浆料均匀的涂 覆在隔膜上，然后放置于50℃～80℃的烘箱里烘干2h～24h，便可得到锂离 子电池用的无机物涂层隔膜。

现有技术中，通常采用普通的陶瓷粉体进行涂覆，比表面积只有十几 m²/g至数十m²/g，吸液能力仍然有限，而且陶瓷颗粒和粘结剂之间的结合 力较弱，容易出现掉粉现象。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池用陶瓷隔膜及其制备方法，该陶瓷隔膜具 有较强的吸液能力和稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池用陶瓷隔膜，包括隔膜基材及复合在其至少一个表面 的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包含具有多孔结构的陶瓷颗粒。

作为优选，所述陶瓷颗粒的比表面积≥200m²/g，气孔率≥45％，陶瓷 颗粒的粒径为20nm～1μm。

陶瓷隔膜中，陶瓷涂层复合在隔膜基材的单面，也可以在隔膜基材的 双面。在实际生产过程中，可将陶瓷颗粒的配置成涂布液，随后再涂覆在 隔膜基材的表面。本发明采用比表面积大于200m²/g、气孔率≥45％的多 孔、高比表面积的陶瓷颗粒，能增加陶瓷涂层与隔膜基材的复合、粘连效 果，增强所述陶瓷隔膜的机械强度，减小陶瓷颗粒掉粉、脱落现象；还能 降低电解液与隔膜的张力，改善所述隔膜的润湿性及保液性能，同时还可 以降低隔膜的应力，提高所制得的陶瓷隔膜的热稳定性能。

所述隔膜基材为聚烯烃类微孔膜，作为优选，所述隔膜基材为聚乙烯 (PE)单层膜、聚丙烯(PP)单层膜或PP/PE/PP三层复合膜，隔膜基材 的孔隙率为35～60％，孔径为30-500nm。

所述陶瓷颗粒选用多孔二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化锆 中的至少一种。所述陶瓷颗粒的粒径为20nm～1μm。

所述陶瓷涂层的厚度为1～10μm。在该陶瓷涂层的厚度下，隔膜基材 的厚度优选10～30μm。

进一步优选，所述陶瓷颗粒的比表面积为300-800m²/g，气孔率 55-90％，陶瓷颗粒的粒径为50～500nm。

作为优选，所述的陶瓷颗粒为二氧化硅和/或三氧化二铝，比表面积为 400-600m²/g，气孔率为60～80％，陶瓷颗粒的粒径为60nm～300nm。

通过实验获知，采用混合的二氧化硅和三氧化二铝陶瓷颗粒可进一步 改善所述陶瓷隔膜的热稳定性和对电解液的润湿性能，进一步优选，二氧 化硅和三氧化二铝的重量比为1:3-3:1。

本发明还包括上述锂离子电池用陶瓷隔膜的制备方法，包括如下步 骤：

步骤(1)：将陶瓷颗粒、粘结剂和溶剂混匀，得到涂覆浆料；

步骤(2)：将涂覆浆料均匀涂覆在隔膜基材表面，经过干燥形成陶 瓷隔膜。

优选地，所述溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺中的 至少一种。