[发明专利]一种纳米复合材料电池隔膜及其制备方法、锂电池

说明书

本发明涉及一种纳米复合材料电池隔膜及其制备方法、锂电池，将所需的耐温高分子材料与无机材料的有机溶液充分混合搅拌，配置成一定质量分数的溶胶溶液，调节溶胶溶液不同的浓度、质量分数、刮刀厚度，通过溶胶‑凝胶的方法，将溶胶浸泡到水中进行溶剂置换，待达到所需时间后，得到水凝胶，将上述水凝胶进行压平和真空干燥，得到纳米复合材料电池隔膜。本发明提供的复合材料隔膜可以大大提升电池化学性能和安全性能。

技术领域

本发明涉及电池隔膜领域，具体而言，涉及一种纳米复合材料电池隔膜及其制备方法、锂电池。

背景技术

在过去的几十年里，锂离子电池已被广泛应用于许多领域。例如新能源汽车、储能设备等行业。其中，数码电池为目前锂电池的主要应用领域，并且动力电池为锂电池领域未来的发展趋势；另外，锂电池在储能领域的地应用主要围绕在家庭光储系统、电源、电池储能、电动汽车充电站、基站备用等领域，其比能量和能量密度高、自放电率低、无记忆效应并且环保无污染，各方面性能优于其他储能电池类型。

因此，高能量密度、高安全性能锂电池的开发研究迫在眉睫。锂金属电池因其具有最高的理论容量(3860mAhg-1)、最负的电化学电位(～3.04Vvs，标准氢电极)、极低的密度(0.59gcm-3)，作为电池负极可以大大提高能量密度。然而，随着电池能量密度的提高，稳定性变差，安全隐患就越大。为了克服安全问题，需要不断改进锂金属电池内部组件材料。

锂离子电池主要由正极、负极以及设置在正负极之间的隔膜组成。而隔膜作为锂电池内层的关键组件，用于分离电池的正、负极，防止正负极接触而短路。其性能优劣决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量，循环、寿命及安全等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要影响。用聚烯烃材料作为锂离子电池隔膜原料的优势在于其拥有优异的机械性能，化学稳定性，电绝缘性并且价格低廉，易加工性，适合用于制备隔膜。当今市场化的隔膜材料主要以聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)为主。这类隔膜在锂电池充放电循环过程中，会出现严重的安全性问题，例如，负极表面锂离子的不均匀沉淀导致的枝晶问题，引起以下方面的重要问题：

(1)锂枝晶不断生长，最终刺穿隔膜，导致电路短路，电流急剧增加，造成失火甚至爆炸等事故。

(2)锂枝晶生长到一定程度发生断裂成为死锂，导致电池容量衰减，直至最终失效。

(3)随着锂电池能量密度的增加，产生大量的热量，低的导热会加快热失控事件的发生，甚至威胁到人身生命安全。

因此，传统的锂金属电池安全性能不高，主要原因包括传统隔膜多方面性能的欠缺；

(1)不能从机理上阻止锂枝晶的产生，也不能从根源上抑制锂枝晶的生长；

(2)差的耐高温性和导热性能，导致电池内部短路产生的巨大热量会使隔膜进一步变形融化，发生热失控。因此，针对隔膜上述安全性能进行改进，可能会有效阻止安全事故的发生，极大的提高锂电池的安全性能。

近年以来，针对上述锂枝晶所产生的安全问题，提升锂金属电池安全方法的研究日益受到关注，如掺杂电解液、负极表面修饰和隔膜改性等，但更换其他隔膜以抑制锂枝晶生长，提升热稳定性的方法并不常见。并且也没有应用于实际的电池隔膜改性技术，因此迫切性需要更有效的方法以解决上述安全问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种新的锂电池隔膜；

本发明的再一目的是提供上述电池隔膜的制备方法；

本发明的再一目的是提供一种利用上述电池隔膜制造的锂电池。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：