[发明专利]一种防过充隔膜及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供一种防过充隔膜及其制备方法和锂离子电池，属于锂离子电池技术领域，具体方案如下：一种防过充隔膜，包括安全涂层和隔膜层，所述安全涂层设置在所述隔膜层的一个或两个表面，所述安全涂层包括钛酸锂和硅。所述钛酸锂和硅的质量比为1～999:1～999；所述安全涂层的厚度0.5～10μm；所述钛酸锂粒径为0.1～10μm；硅的粒径为0.05～5μm；防过充隔膜上的钛酸锂和硅与锂支晶接触时都会将锂支晶反应消耗，避免锂支晶刺穿隔膜引发内短路；同时锂支晶的消耗可以减少其与电解液的副反应，从而改善电池的过充性能。其中钛酸锂与锂支晶的反应速率更快，而硅的克容量更大，将钛酸锂与硅混合使用，这样就可以同时保证与锂反应的速率又可以保证反应的量。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种防过充隔膜及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和环境友好等优点，被广泛应用在便携式电子产品、储能设备和新能源汽车上。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，主要起到防止正负极接触并允许离子传导的作用。目前，商品化的锂离子电池中采用的隔膜主要是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)的单层或多层膜。为了降低隔膜在高温下的热收缩，提高电芯安全性能，一般会在隔膜表面(单面或者双面)涂覆一层陶瓷。现有的陶瓷隔膜对炉温、针刺、短路的改善效果较好，但是对较高电压的过充改善却有限。这是因为电芯在过充过程中负极会严重析锂，形成大量锂枝晶，一方面锂枝晶可能会刺穿隔膜造成内短路，引发热失控；另一方面，在过充过程中产生的焦耳热、反应热和极化热使得电芯温度升高，而锂枝晶在较高的温度下会与电解液发生剧烈的反应，电芯温度快速上升到200℃以上，然后发生一系列反应，最终导致电芯热失控。

针对以上问题，可以对隔膜进行以下改性方式：采用将防过充导电聚合物与有机树脂一起进行静电纺丝制备耐过充隔膜。虽然有不错的效果，但是会引起电芯的自放电变大，且制造成本较高。

发明内容

本发明的第一个目的是为了提高电池的耐过充能力，提供一种防过充隔膜。

本发明的第二个目的是提供一种防过充隔膜的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种含有该防过充隔膜的锂离子电池。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种防过充隔膜，包括安全涂层和隔膜层，所述安全涂层设置在所述隔膜层的一个或两个表面，所述安全涂层包括钛酸锂和硅。

进一步的，所述钛酸锂和硅的质量比为1～999:1～999。

进一步的，所述安全涂层的厚度0.5～10μm。

进一步的，所述钛酸锂粒径为0.1～10μm，硅的粒径为0.05～5μm。

进一步的，所述隔膜层为多孔结构，所述隔膜层的厚度为5～30μm，孔隙率为30％～60％。

进一步的，所述隔膜层的材料为聚烯烃、聚芳纶、聚丙烯腈的一种或者多种的复合。

一种所述防过充隔膜的制备方法，包括以下步骤：将质量比为1～999:1～999的钛酸锂粉末与硅粉末混合均匀得到混合粉料，然后将混合粉料、粘结剂和溶剂按50～200：1～10：200～2000的质量比均匀混合，得到混合浆料；将混合浆料均匀地涂覆在隔膜层的一个表面或两个表面，然后在真空干燥箱中50～80℃干燥12～24h得到涂覆安全涂层的隔膜，即防过充隔膜。

优选的，所述粘结剂为水系粘结剂，所述溶剂为乙醇与水的混合溶剂或水。

优选的，所述粘结剂为油系粘结剂，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)或者N,N-二甲基甲酰胺。

一种所述防过充隔膜的锂离子电池，所述锂离子电池包括正极片、负极片和所述防过充隔膜。