[发明专利]一种抑制硅碳负极膨胀的锂电池隔膜及含有该隔膜的锂电池电芯的热压方法

说明书

本发明涉及锂电池领域，本发明公开了一种抑制硅碳负极膨胀的锂电池隔膜及含有该隔膜的锂电池电芯的热压方法，锂电池隔膜包括聚合物基膜、涂覆于聚合物基膜两面的无机粒子陶瓷涂层以及涂覆于无机粒子陶瓷涂层两面的胶黏剂无机粒子混合涂层。热压方法包括：1）对电芯进行一次热压；2）对电芯进行二次热压；3）静置；4）除气。本发明隔膜配合二次热压，可使隔膜与正负极片有效粘接，降低电池厚度，避免由硅碳负极材料膨胀引起的负极与隔膜之间产生空隙，进而改善隔膜与正负极片的界面，提高正负极有效接触面积，降低锂离子传输阻力，提升充放电容量；同时保证电池的硬度和平整性，提高电池的一致性，为电池组装成模组的过程提供便利。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种抑制硅碳负极膨胀的锂电池隔膜及含有该隔膜的锂电池电芯的热压方法。

背景技术

近年来，随着新能源汽车等领域的快速发展，对锂离子电池的能量密度要求越来越高。传统的石墨负极材料难以满足高比能锂离子电池的需求，硅碳复合材料作为锂离子电池的负极，比容量高的硅作为活性物质提供更多储锂容量，碳作为分散基体缓冲硅颗粒嵌脱锂时的体积变化，保持电极结构的完整性，并维持电极内部电接触。但是在实际应用中发现，随着循环次数的增加，硅碳负极的膨胀依旧较为明显，比传统的石墨负极电池高很多。对于采用硅碳负极的电池而言，目前降低其循环膨胀比例的主要方法是通过调节负极粘结剂组分和电解液组分等方法来抑制或减缓其体积膨胀速度。其中包括使用聚丙烯酸、聚丙烯腈等新型粘结剂，使用稳定SEI成膜的氟代碳酸乙烯酯等电解液添加剂以达到降低电池膨胀的目的。

对于采用新型粘结剂的现有解决方案，尽管可以减缓电池膨胀的速度，但是由于采用的新型粘结剂柔韧性较差，影响负极浆料的加工性能，从而增加了电池制作的难度。同时为了充分抑制负极膨胀，粘结剂用量也较高，会增大锂离子电池的内阻，降低电池的能量密度。另外粘结剂只能保证极片的稳定接触，但是与隔膜之间没有粘结界面，在电池长期循环后，由于电池厚度的反复变化及内部副反应的发生会造成电池内部极片与隔膜之间接触不良，电池内部空隙增加，破坏了电池结构完整性，而这些不良现象会造成电池内阻增加，在充放电过程中产热增加，破坏负极极片结构，进一步导致电池膨胀。

对于采用在电解液中添加氟代碳酸乙烯酯等添加剂的现有解决方案，虽然可以起到粘合硅颗粒和SEI膜的作用，但氟代碳酸乙烯酯分解会产生二氧化碳等气体，进一步导致锂离子电池的膨胀。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抑制硅碳负极膨胀的锂电池隔膜及含有该隔膜的锂电池电芯的热压方法。本发明的隔膜设有五层结构，最外层为胶黏剂无机粒子混合涂层，配合二次热压工艺，可生产以下效果：①使隔膜与正负极片之间有效粘接，避免由硅碳负极材料膨胀导致的负极与隔膜之间产生空隙；②降低电池初始厚度；③保证电池的硬度和平整性，提高电池的一致性，为电池组装成模组的过程提供便利；④可有效改善隔膜与正负极片的界面，降低锂离子传输阻力，提高正负极有效接触面积，提升锂电池的充放电容量。

本发明的具体技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种抑制硅碳负极膨胀的锂电池隔膜，包括聚合物基膜、涂覆于聚合物基膜两面的无机粒子陶瓷涂层以及涂覆于无机粒子陶瓷涂层两面的胶黏剂无机粒子混合涂层。

本发明的隔膜设有五层结构，基层为传统的聚合物基膜，次表层为无机粒子陶瓷涂层，起到增强隔膜机械强度、防止正负极接触短路的作用。最外层包括胶粘剂和无机粒子。由于胶粘剂的存在，在进行热压后，可使隔膜与正负极片之间紧密粘接，避免由硅碳负极材料在多次循环后膨胀导致的负极与隔膜之间产生空隙。因此能够有效改善隔膜与正负极片的界面，降低锂离子传输阻力，提高正负极有效接触面积，提升锂电池的充放电容量。同时，隔膜与正负极紧密贴合在一起，可降低电池初始厚度，间接提高锂电池能量密度。此外，隔膜与正负极紧密贴合后可保证电池的硬度和平整性，提高电池的一致性，为电池组装成模组的过程提供便利。