[发明专利]一种具备低温热闭孔机制的聚丙烯复合隔膜及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提供了一种聚丙烯复合隔膜，包括聚丙烯基膜；复合在聚丙烯基膜一面上的聚乙烯微球层；复合在所述聚乙烯微球层上的陶瓷层。该具备低温热闭孔机制的复合隔膜，在锂离子电池发生热失控时，聚乙烯微球受热熔融填充至聚丙烯基膜微孔，进而阻断锂离子传输，提升锂离子电池的安全性能。本发明采用PE微球作为热触发闭孔材料，与PP基膜相容性好，可达到良好的低温闭孔效果；再结合陶瓷材料组成了双层涂层结构，两者配合提供了优异的储存电解液性能，可改善锂离子电池的循环性能和倍率性能，解决了聚丙烯隔膜闭孔温度较高的问题，在锂离子电池领域具有广泛的实用价值。而且采用涂敷方式，工艺简单，条件易控，成本低，适合工业化大生产和推广应用。

技术领域

本发明属于锂离子电池隔膜材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合隔膜及其制备方法、锂离子电池，尤其涉及一种具备低温热闭孔机制的聚丙烯复合隔膜及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为纯电动新能源汽车的核心部件，锂离子电池安全问题已成为限制其进一步发展的关键指标之一。造成锂离子电池安全事故的原因除电池组设计缺陷、使用过程滥用及外部环境冲击外，主要与单体电池的组成、设计及制造工艺有关，其中电池组成对安全性能的影响尤为关键。隔膜作为锂离子电池的四大主材之一，对锂离子电池综合性能有着重要影响，尤其是在安全性能方面。

对锂离子电池热失控反应动力学机制研究发现，整个过程可分为三个阶段：(1)电池内部热失控阶段，由于加热、短路等原因使电池内部温度上升至100℃左右，阳极SEI膜开始分解，嵌入石墨的锂与电解液发应，将电池内部进一步推高。(2)电池鼓胀过程，当电池温度升至200℃，阴极材料分解，释放大量的热和气体，250～350℃嵌锂态阳极开始与电解液发生反应。(3)电池整体热失控，该阶段随着锂离子电池内压剧烈升高，电池外包装被冲破，外界氧气、电解液蒸汽以及各种反应产生的可燃性烟气/可燃性烟汽发生燃烧反应，进而燃烧起火，导致锂离子电池整体热失控。

在锂离子电池热失控过程中，隔膜的作用主要体现在第一阶段，聚烯烃类隔膜发生熔融，孔结构闭合，阻止锂离子传输，电池断路，从而限制锂离子电池进一步的热失控。PE材料熔点较低(120～135℃)，处于电池热失控的初始阶段，相较PP材料(熔点在160～180℃)，更有利于电池的安全控制，所以动力电池更倾向于使用陶瓷涂敷的PE隔膜。但PE隔膜采用湿法生产，相较于PP隔膜(干法)成本较高。而对于干法制备PP隔膜而言，Celgard等国外企业掌握着共挤压干法制备PP/PE/PP复合膜技术，长期占据锂离子电池隔膜高端市场，但制作成本偏高，价格相对较高。所以，业内也持续着对其进行了多方面的研究，但是仍然存在改进隔膜闭孔机制的工艺较复杂，规模化可实现性较低，涂敷量较大等缺陷。

因此，如何找到一种合适方法，能够解决现有的隔膜中，存在的上述问题，更加有利于规模化使用和推广，已成为诸多一线研究人员和科研型企业亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚丙烯复合隔膜及其制备方法、锂离子电池，特别是一种具备低温热闭孔机制的聚丙烯复合隔膜。本发明提供的聚丙烯复合隔膜采用PE微球作为热触发闭孔材料，与PP基膜相容性好，可达到良好的低温闭孔效果；而且双层涂层结构提供了优异的储存电解液性能，可改善锂离子电池的循环性能和倍率性能。

本发明提供了一种聚丙烯复合隔膜，包括聚丙烯基膜；

复合在聚丙烯基膜一面上的聚乙烯微球层；

复合在所述聚乙烯微球层上的陶瓷层。

优选的，所述聚乙烯微球层为聚乙烯微球密集排布层；

所述聚乙烯的分子量为0.3万～150万；

所述聚乙烯微球的中位粒径为0.1～2μm；

所述聚乙烯微球层的厚度为0.3～3μm。

优选的，所述聚丙烯基膜为微孔膜；