[发明专利]有机/无机复合层多孔隔膜、其制备方法及电化学装置

说明书

本发明提供一种有机/无机复合层多孔隔膜、其制备方法及电化学装置。本发明的有机/无机复合层多孔隔膜，包括基膜层、无机层以及有机多孔涂层，有机多孔涂层部分或者全部涂覆在无机层远离基膜层的表面上，含有陶瓷颗粒的无机层由陶瓷颗粒堆叠形成，陶瓷颗粒的平均粒径为0.2‑1.0μm，粒度均一度（(D₉₀‑D₁₀)/D₅₀）为3.0‑10.0，含有陶瓷颗粒的无机层单层厚度为0.2‑4μm，含有陶瓷颗粒的无机层被有机多孔涂层渗透后，无机层单位面积重量增值为0.2‑0.6 g/m²，该隔膜能够同时解决有机/无机复合层多孔隔膜层间粘结性以及离子传导性的问题，进而提升电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种电化学装置用隔膜，以及具有该隔膜的电化学装置。特别涉及具有有机/无机复合层的多孔隔膜、其制备方法及具有该隔膜的锂二次电池。

背景技术

在锂二次电池中，隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜通常为聚烯烃类膜，因此容易出现热收缩，在锂电池工作过程中，容易出现安全问题。因此现有技术中考虑使用陶瓷涂覆的基膜，进而解决聚烯烃基膜的热收缩问题，但是单纯的陶瓷涂覆，容易导致隔膜与电极之间的粘合性不足。因此在此基础上，引入有机涂层，进一步提升与电极之间的粘合性，较为成熟是使用PVDF类物质作为有机涂层。

但是当形成基膜-无机层-有机层进行多层复合时，又带来了新的问题：1. 多层之间的层间粘合性无法保证，在加工和卷绕过程中，无机层中的陶瓷颗粒容易从隔膜中嵌脱导致电性能劣化；2.透气性难以控制，离子传导率下降，导致电性能下降，并且在实际生产过程中，这两个问题难以调和，提升层间粘合性会导致透气性下降，如果追求透气性，则层间粘合性则又无法满足使用要求。

针对以上两个问题：

CN104508864B从粘结性多孔层涂布量偏差的角度考虑，认为粘接性多孔层的涂布量产生偏差，则与电极的粘接性也容易产生偏差，通过设置单位面积重量的标准偏差在一定的范围内，能够同时实现确保充分的粘接性和离子透过性，但是该方法只是从整体上体现涂层涂覆的均一性，有一定的效果，但实际生产过程中对于两个问题解决的影响有限。

CN104641491B则限定粘结性多孔层为原纤维状的PVDF系树脂，通过限定原纤维径，进而限定产生的平均孔径和比表面积，但是并不涉及多孔无机层，隔膜所体现的热收缩性能较差。

CN105684190A则从工艺的角度考虑，通过图案化转印粘合剂层，减少对多孔基板孔的渗入，实现粘合强度的提高，并且使对多孔隔板的孔隙度、厚度和耐久性的影响最小。但是该工艺较为复杂，在实际运用过程中，基于不同的表面，转印图案的设计需要综合考虑。

由此可见，需要找到一种新的解决方案，能够同时解决有机/无机复合层多孔隔膜层间粘结性以及离子传导性的问题，进而提升电池的电化学性能。

发明内容

针对该技术问题，发明人经过系统的研究，最终发现控制有机多孔涂层对无机层的渗透深度和渗透比重，可以得到理想的界面粘结性以及离子传导性能，进一步地，对所形成的隔膜最外层的有机多孔涂层的表面孔面积进行限定，也能进一步的提升与电极的粘合性。本发明的具体方案如下：

一种有机/无机复合层多孔隔膜，包括基膜层、含有陶瓷颗粒的无机层以及有机多孔涂层，无机层部分或全部涂覆在基膜层的至少一个表面上，有机多孔涂层部分或者全部涂覆在无机层远离基膜层的另一表面上，其中：

含有陶瓷颗粒的无机层由陶瓷颗粒堆叠形成，陶瓷颗粒的平均粒径为0.2-1.0μm，粒度均一度（(D₉₀-D₁₀)/D₅₀）为3.0-10.0，含有陶瓷颗粒的无机层单层厚度为0.2-4μm，含有陶瓷颗粒的无机层被有机多孔涂层渗透后，单位面积重量增值为0.2-0.6 g/m²。