[发明专利]电池隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了电池隔膜及其制备方法和应用。该电池隔膜包括：隔膜基层、第一氧化锆纤维层和/或第二氧化锆纤维层，其中，所述第一氧化锆纤维层位于所述隔膜基层上朝向正极片的一侧；所述第二氧化锆纤维层位于所述隔膜基层上朝向负极片的一侧。该电池隔膜不仅兼具较好的力学性能和刺穿强度，而且具有较好的均一性，能够有效解决陶瓷涂层易脱落的问题，将其用于电池中可以显著提高电池的安全性能、电化学性能和使用寿命。

技术领域

本发明属于电池领域，具体而言，涉及电池隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球能源危机日益加剧以及环境问题的日益严重，可再生能源取代化石燃料逐渐成为趋势。锂离子电池因其具有的高电压、高比能量、长寿命等优点而成为最受青睐的二次电池。锂离子电池一般都是由正极、负极、隔膜和电解液组成。隔膜作为锂离子电池的关键组件之一，在锂离子电池中起着至关重要的作用，锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，即充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。作为锂电池的关键材料，隔膜在其中扮演着隔绝电子的作用，阻止正负极直接接触，允许电解液中锂离子自由通过，同时，隔膜对于保障电池的安全运行也起至关重要的作用。然而，为了达到高质量能量密度和体积能量密度的要求，对隔膜的要求越来越严格，因此，性能优良隔膜的开发已迫在眉睫。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出电池隔膜及其制备方法和应用。该电池隔膜不仅兼具较好的力学性能和刺穿强度，而且具有较好的均一性，能够有效解决陶瓷涂层易脱落的问题，将其用于电池中可以显著提高电池的安全性能、电化学性能和使用寿命。

本申请主要是基于以下问题提出的：

目前，锂离子电池中常用的隔膜为PE、PP为主的聚烯烃隔膜或陶瓷涂覆的隔膜，即将陶瓷粉末和粘结剂、溶剂的混料料浆涂覆于隔膜基体上形成陶瓷涂层，然而涂覆在隔膜表面的陶瓷离子易于脱落，尤其在电芯卷绕工艺中，而陶瓷粉脱落不仅会影响隔膜的均一性，还会影响锂离子的插入和脱出，以及隔膜的穿刺强度等，从而直接影响电池的容量、内阻、倍率性能、循环使用寿命以及安全性能等，随着能量密度的逐步提升，电芯安全问题愈来愈严重，因此，提高隔膜的力学性能、拉伸强度、穿刺强度等性能尤为重要。

为此，根据本发明的第一个方面，本发明提出了一种电池隔膜。根据本发明的实施例，该电池隔膜包括：隔膜基层、第一氧化锆纤维层和/或第二氧化锆纤维层，其中，所述第一氧化锆纤维层位于所述隔膜基层上朝向正极片的一侧；所述第二氧化锆纤维层位于所述隔膜基层上朝向负极片的一侧。

根据本发明上述实施例的电池隔膜，相对于以陶瓷粉末为原料在隔膜基层上形成陶瓷涂层或将陶瓷粉末与聚合物共混纺丝并在隔膜基层上形成复合陶瓷层，本发明中以纤维状的氧化锆为原料在隔膜基层上形成纤维层，不仅可以进一步改善电池隔膜的均一性，显著提高电池隔膜的力学性能和穿刺强度，还更有利于锂离子的插入和脱出，由此可以显著提高电池的安全性能、电化学性能和使用寿命，有效解决了现有技术中存在的因隔膜陶瓷粉体脱落而影响电池安全性能及电化学性能等的问题。

另外，根据本发明上述实施例的电池隔膜还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述隔膜基层采用选自聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚酯、玻璃纤维、芳纶、聚酰亚胺中的至少之一形成。

在本发明的一些实施例中，所述隔膜基层为单层基层或者多层基层，每层所述基层分别独立地由单种材料或多种材料形成。

在本发明的一些实施例中，所述隔膜基层的厚度为5～30μm，所述第一氧化锆纤维层和所述第二氧化锆纤维层的厚度分别独立地为0.1～10μm。