[发明专利]一种电池隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种电池隔膜及其制备方法和应用。本发明的电池隔膜的组成包括隔膜基材和附着在隔膜基材单面或两面的蛭石纳米片‑纳米陶瓷颗粒复合涂层。本发明的电池隔膜的制备方法包括以下步骤：1)将蛭石纳米片、纳米陶瓷颗粒、粘结剂和润湿剂分散在溶剂中，得到涂膜液；2)将涂膜液涂覆在隔膜基材的单面或两面，烘干，即得电池隔膜。本发明的电池隔膜具有热稳定性优异、具备抗锂枝晶效果、锂离子传输性能好等优点，且其制备工艺简单、环境友好，适合进行大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种电池隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂金属负极具有高可逆容量(3860mAh/g)和低电化学氧化还原电位(-3.040Vvs.SHE)，是一种理想的负极材料。然而，锂金属存在严重的枝晶问题，大量生长的锂枝晶会刺穿隔膜并造成短路，最终会导致起火甚至爆炸，严重威胁电池的安全运行。此外，目前锂离子电池中常采用聚烯烃隔膜，其热稳定性较差，在温度升高时易产生热收缩而造成短路，最终会导致安全事故的发生。

氧化铝、二氧化硅等无机陶瓷颗粒修饰聚烯烃隔膜可以改善其热稳定性、润湿性和机械强度，但不具备抑制或减少锂枝晶的效果。蛭石、石墨烯、MOF、蒙脱土等二维材料通常具有较高的杨氏模量，可以抵挡锂枝晶的穿透，进而可以提高电池的安全性能，但二维纳米片成膜时容易发生聚集，会导致材料的比表面积和层间距减小，不利于锂离子的传输。二维材料与一维材料或零维材料复合修饰聚烯烃隔膜，一维材料或零维材料可以均匀嵌入二维纳米片层间，防止二维纳米片密集堆积，增强二维平面对锂离子传输的调节能力，但其热稳定却不尽如人意，不能保证锂离子电池在较高温度(130℃)下安全运行。综上可知，现有的电池隔膜均难以完全满足实际应用需求。

因此，开发一种热稳定性优异、具备抗锂枝晶效果、锂离子传输性能好的电池隔膜具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池隔膜及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种电池隔膜，其组成包括隔膜基材和附着在隔膜基材单面或两面的蛭石纳米片-纳米陶瓷颗粒复合涂层。

优选的，所述隔膜基材选自聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯薄膜-聚丙烯薄膜复合隔膜中的一种。

优选的，所述隔膜基材的厚度为5μm～20μm。

优选的，所述蛭石纳米片-纳米陶瓷颗粒复合涂层中蛭石纳米片、纳米陶瓷颗粒的质量比为5.3～25:100。

优选的，所述蛭石纳米片-纳米陶瓷颗粒复合涂层中蛭石纳米片和纳米陶瓷颗粒交错堆叠构成三明治结构。

优选的，所述蛭石纳米片的片径为1μm～50μm，厚度为0.5nm～10nm。

优选的，所述蛭石纳米片通过以下方法制备得到：将蛭石加入饱和氯化钠溶液中，进行加热回流，过滤，滤得的固体用水和乙醇洗涤，再加入氯化锂溶液中，进行加热回流，过滤，滤得的固体用水和乙醇洗涤，再分散在水中，离心，取下层固体用水和乙醇洗涤，即得蛭石纳米片。

优选的，所述离心在离心机转速为6000r/min～8000r/min的条件下进行，离心时间为10min～30min。

优选的，所述纳米陶瓷颗粒选自纳米二氧化硅颗粒、纳米氧化铝颗粒、纳米二氧化钛颗粒、纳米二氧化锆颗粒中的至少一种。

优选的，所述纳米陶瓷颗粒的粒径为20nm～50nm。

优选的，所述蛭石纳米片-纳米陶瓷颗粒复合涂层的厚度为0.5μm～2μm。

优选的，所述蛭石纳米片-纳米陶瓷颗粒复合涂层的组成还包括粘结剂和润湿剂。

上述电池隔膜的制备方法包括以下步骤：