[发明专利]一种耐高温聚合物改性陶瓷隔膜及其应用

说明书

本发明公开了一种耐高温聚合物改性陶瓷隔膜及其应用，包括一多孔基膜，该多孔基膜的至少一面涂覆有陶瓷层，且该陶瓷层的表面和孔隙内部以及该多孔基膜的孔隙内部和未涂覆陶瓷层的面原位聚合有耐高温聚合物层。本发明的耐高温聚合物改性陶瓷隔膜具有较高的热稳定性。将吡咯、噻吩、苯胺单体通过原位聚合的方法在陶瓷层表面、孔隙、以及多孔基膜表面、孔隙内部原位包覆上了一层耐高温聚合物保护层，使陶瓷层、聚合物层、基膜形成一个有机的整体。从而使改性陶瓷隔膜热尺寸稳定性得到提高，在200℃高温下不收缩。并且仍旧保持较强的机械性能，能有效阻隔正负极接触，保障电池的安全性能。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种耐高温聚合物改性陶瓷隔膜及其应用。

背景技术

锂离子电池作为一种能量密度高、输出电压高、无记忆效应、循环性能优异、环境友好的化学电源体系，具有很好的经济效益、社会效益和战略意义，已被广泛应用于移动通讯、数码产品等各个领域，并极有可能成为储能和电动汽车领域最主要的电源系统。

在锂离子电池中，隔膜主要起到防止正负极接触并允许离子传导的作用，是电池重要的组成部分。目前，商品化的锂离子电池中采用的主要是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚丙烯(Polypropylene，PP)的单层或多层膜。由于聚合物本身的特点，虽然聚烯烃隔膜在常温下可以提供足够的机械强度和化学稳定性，但在高温条件下则表现出较大的热收缩，从而导致正负极接触短路并引发热失控，加剧热量积累，产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。

因此为了满足大容量锂离子电池发展的需要，开发高安全性隔膜已成为行业的当务之急。在这其中，陶瓷隔膜优异的耐温性和高安全性使其成为取代传统聚烯烃隔膜的主要选择之一。

陶瓷隔膜(Ceramic-coated Separators)是在现有的聚烯烃微孔膜基材的表面上，单面或双面涂布一层均匀的、由陶瓷微颗粒等构成的保护层，形成多孔性的安全性功能隔膜。在保证聚烯烃微孔隔膜原有基本特性的基础上，赋予隔膜高耐热功能，降低隔膜的热收缩性，从而更有效地减少锂离子电池内部短路，防止因电池内部短路而引起的电池热失控。

但是，现有的陶瓷隔膜热稳定还是非常有限。无机陶瓷颗粒通过粘结剂粘附在基膜表面，当温度到达基膜熔点时，基膜熔化，陶瓷颗粒的对隔膜的收缩起到一定的阻碍作用，但是不能防止其收缩。例如以PE为基膜的AI₂O₃陶瓷隔膜，当温度升高到130℃时，PE基膜融化，由于Al₂O₃陶瓷颗粒的收缩阻力作用使陶瓷隔膜不收缩，但是当温度继续升高到在150℃以上时Al₂O₃陶瓷颗粒就会跟随基膜一起收缩。而且随着基膜的融化，隔膜的机械性能也大幅降低，由于陶瓷层无法自支撑成膜，导致隔膜最终粉化，正负极接触短路。显然，这无法满足需要高安全性的应用的需求。

另外，目前各大电池生产商所使用的隔膜材料主要是聚烯烃类的多孔聚合物薄膜，其对电解液的亲和性较差。通过陶瓷涂覆可以改善涂覆面与电解液的亲和性、提高隔膜对电解液的吸附和保持能力，但是隔膜基膜对电解液的亲液性并未得到改善。较差的亲和性使聚烯烃膜无法快速吸收电解液及有效保持电解液，这会极大影响隔膜在锂离子电池中的使用性能且存在一定的漏液风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种耐高温聚合物改性陶瓷隔膜。

本发明的另一目的在于提供上述耐高温聚合物改性陶瓷隔膜的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述耐高温聚合物改性陶瓷隔膜的应用。

本发明的技术方案如下：