[发明专利]一种混合涂层隔膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔膜，尤其涉及一种陶瓷颗粒和聚合物混合涂覆的混合涂层隔膜及其制备方法和应用，属于储能元件技术领域。

背景技术

电池电容是一种新兴的储能元件，它由锂离子电池活性物质和超级电容器活性物质共同作为电极材料，因此，它同时具有锂离子电池的高能量密度和超级电容器的高功率密度、长循环寿命的特点，可以满足混合电动汽车的发展。

电池电容和锂离子电池一样，主要由正极材料、负极材料、电解质、隔膜、封装材料五部分组成，其中，隔膜一般采用锂离子电池的聚烯烃类隔膜。而隔膜处于正、负极之间，起电子绝缘、提供锂离子迁移微孔通道的作用，是保证电池体系安全、影响电池性能的关键材料。尽管隔膜不直接参与电极反应，但它影响电池动力学过程，决定着电池的充放电、循环寿命、倍率等性能。

将隔膜用于动力储能元件，其首要关注的是高安全性，其次是有助于能量密度和功率密度发挥的其它性能要求。因此，它要求电池电容隔膜满足以下要求：①、具有更高的安全性，包括受热稳定性、电化学稳定性、抗穿刺抗短路性能；②、更好的一致性，包括厚度、孔径和孔径分布等；③、理想的孔隙率和孔隙结构；④、更强的吸液能力和较小的电阻等。

目前，商业化锂电池隔膜主要是聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)单层或多层复合膜，其中，PP隔膜和PP/PE/PP三层复合膜是目前常用的动力锂电隔膜。这些聚烯烃类材料具有强度高、耐腐蚀性好、耐化学溶剂、防水、无毒等优点，作为隔膜基材，可以提供良好的机械性能和化学稳定性，并且具有高温自闭(shutdown)特性，能在一定程度上保证安全。但是，这些聚烯烃PP、PE隔膜受原材料物理性质的局限，与传统的有机溶剂，如：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)类电解液的亲和性差，且接近熔点时容易变形收缩等使用局限性。即使是PP和PE的复合膜，由于PP、PE的熔化温度差仅约30℃，如果放热过多，温度超过PP的熔化温度(约160℃)时，会发生破膜或收缩，从而造成电池内部短路，进而放出大量热，而热失控的发生会给电池的安全造成极大隐患。因此，在应用动力型电池电容储能元件上，需要对隔膜进行改性。

目前，对隔膜进行改性主要有两种方法，一种是在聚烯烃隔膜表面涂覆无机陶瓷粉体，另一种是在聚烯烃隔膜表面涂覆聚合物层。如中国发明专利(公开号：CN105529425A)公开了一种陶瓷隔膜及其制备方法和应用，该专利中将无机陶瓷粉末(粒径为2-250nm)作为陶瓷涂层的主体填料，同时配合使用一维纳米材料(直径为5-800nm，长度为500nm-50μm)作为陶瓷涂层中的增强填料，涂覆在基体的至少一侧表面上并干燥，得到陶瓷隔膜。该专利制成的隔膜的涂层表面光滑、透气性高，同时具有较好的力学性能和热收缩性，但是该专利制成的隔膜只有陶瓷涂层，没有聚合物涂层，隔膜的吸液率、耐热性等性能不足，主要应用于锂电池中。又如中国发明专利(公开号：CN105932209A)公开了一种作为锂离子电池用的陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，该专利采用无机陶瓷粉末、含氟磺酰亚胺锂盐聚合物PFSI-Li和商用粘结剂(丙烯酸甲脂(PMMA)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)以及聚丙烯酸(PAA))制备涂覆浆料，用刮膜器将浆料涂覆在基膜单面或双面并干燥制得陶瓷隔膜。该专利通过聚合物PFSI-Li中包含的具有更高极性和离子导电性的离子基团，降低膜两端的电位差，从而实现了大倍率下快速的充放电。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种润湿性能好、离子电导率高、耐高温的混合涂层隔膜。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种混合涂层隔膜，所述隔膜包括基膜、陶瓷颗粒涂层和聚合物涂层，所述陶瓷颗粒涂层形成在基膜一侧或者两侧，所述聚合物涂层形成在基膜上和/或陶瓷颗粒涂层上。