[发明专利]一种环氧树脂改性陶瓷隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供的一种环氧树脂改性陶瓷隔膜，包括多孔基膜，环氧树脂渗入陶瓷隔膜中固化，在陶瓷隔膜的无机陶瓷颗粒表面、多孔基膜表面和微孔孔壁并其之间形成了环氧树脂保护层。由于环氧树脂本身的特性，该保护层是均匀的，且不会堵住多孔基膜的微孔。所述的环氧树脂保护层可以通过在多孔基膜单层或者双层表面涂覆环氧树脂陶瓷浆料并固化形成，也可以通过陶瓷涂覆的多孔基膜原位聚合环氧树脂形成，还可以通过在制备好的陶瓷隔膜上涂覆一层环氧树脂溶液并固化形成。

技术领域

本发明涉及电池隔膜，及电池，电容器等产品，具体是耐高温陶瓷隔膜、制备方法及所应用的电池。

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。

常规锂离子电池主要有正极，负极，隔膜，电解液几部分组成。其中，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。由于聚烯烃隔膜的熔融温度低，热稳定性不好(PE 约为130℃，PP约为160℃)，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。

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。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，通过陶瓷层的引入赋予隔膜高耐热功能，拉开隔膜闭孔温度和熔融温度之间的温度差，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。

然而，现有的陶瓷隔膜热稳定还是非常有限。主要是由于无机陶瓷颗粒通过粘结剂粘附在聚烯烃隔膜基膜表面，当温度到达基膜熔点时，基膜熔化，陶瓷颗粒的存在虽然对隔膜的收缩起到一定的阻碍作用，但是不能完全抑制其收缩。例如以PE为基膜的Al₂O₃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陶瓷涂覆层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，最终导致隔膜粉化，仍然会引起正负极接触短路。显然，单纯的陶瓷隔膜无法满足电池高安全性的应用的需求。

CN107785520A提供的锂离子电池隔膜包括多孔基膜以及覆盖在所述多孔基膜的至少一侧表面上的耐热层；所述耐热层含有耐高温聚合物以及无机纳米颗粒，且所述耐热层具有纤维网络状结构。提供的锂离子电池隔膜在高温下(＞160℃)不仅具有很好的稳定性，高温热收缩率很小，而且高温机械强度好，比单纯采用耐高温聚合物纺丝得到的复合隔膜的耐热性和高温机械强度要好很多，而普通陶瓷(CCL)隔膜由于采用不耐热聚合物，在高温下要么表现出很大的热收缩，要么高温下出现聚合物融化而陶瓷颗粒之间连接松散的现象，从而使得整个锂离子电池隔膜不具有很高的机械强度。其耐热层采用纤维网结构，实现难度大，制备过程复杂。

发明内容