[发明专利]一种阻燃隔膜及其制备方法及应用

说明书

本申请公开了一种阻燃隔膜及其制备方法及应用，涉及二次电池技术领域。所述的阻燃隔膜包括：基膜，所述基膜为多孔薄膜；涂层，所述涂层设置在所述基膜的至少一侧表面上，所述涂层包括高分子聚合物以及中空多孔陶瓷复合体；所述中空多孔陶瓷复合体包括：中空多孔陶瓷纳米棒；以及相变填充材料，所述相变填充材料填充至所述中空多孔陶瓷纳米棒内部，所述相变填充材料包括相变材料和阻燃剂。本申请能够在不影响隔膜的离子传输效率和电池的电化学性能的情况下，提高电池隔膜的热性能。

技术领域

本申请涉及二次电池技术领域，特别涉及一种阻燃隔膜及其制备方法及应用。

背景技术

随着锂离子电池的发展，超高能量密度电池已逐渐成为主流。但当高能量密度电池内部出现升温并引发一系列反应导致电池温度失控时，安全问题便无法忽视。这使得电池隔膜热性能的优化再次成为隔膜领域的热点话题。

当前，人们提出了许多电池安全保护策略，通过在电解液中添加阻燃剂是新兴话题之一。这种方法旨在降低电解液的可燃性，以达到阻隔燃烧的目的，但含磷阻燃剂的引入必然影响到电解液中离子的传输效率和电池的电化学性能，且阻燃剂的添加量随电池内部条件的变化而变化。

除了在电解液中添加阻燃剂提高电池安全性能外，由于制造工艺比较简单，成本较低且容易大规模商用化，利用热性能优越的高聚物和陶瓷材料在聚烯烃薄膜表面进行涂覆形成耐高温锂离子电池隔膜也成为提高电池安全性能的热点研究方向之一。虽然目前有机/无机复合物涂层对隔膜热稳定性和阻燃性能的提高已然较为优越，却仍然无法有效延缓电池温度失控可能带来的燃烧、爆炸等危险情形。

例如，公告号为CN105355824B的中国发明专利公开了一种“动力电池隔膜、其制备方法及包括其的动力电池”。该动力电池隔膜包括：隔膜本体，具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；以及位于第一表面上的第一改性层，和/或位于第二表面上的第二改性层；第一改性层、第二改性层分别包括基材和分散在基材中的相变胶囊；其中，相变胶囊具有核壳结构，相变胶囊的壳层中包括聚合物和分散在聚合物中的陶瓷颗粒，相变胶囊的核层中包括相变材料；核层中还包括阻燃剂。该技术方案中的动力电池隔膜基本满足市场所需电池的要求，但现下的高能量密度电池要求隔膜须具备高环境耐受温度，而其相变材料的熔融温度较低，在电池内部温度短暂出现高于60 ℃的情况下，相变材料即发生熔融，导致阻燃剂提前释放，使隔膜的阻燃性能失效，进而影响隔膜的离子传输效率和电池的电化学性能；且其相变胶囊制备复杂，引入的反应物较多，导致在其反应中无法确保所有的阻燃剂进入核层结构中，一旦壳层结构中混入阻燃剂或反应产物杂质附着于胶囊表面，将直接破坏隔膜的使用性能；同时，壳层中将陶瓷颗粒分散在聚合物中，将限制陶瓷颗粒对隔膜热性能的提升。

发明内容

本申请的目的是提供一种阻燃隔膜及其制备方法及应用，在不影响隔膜的离子传输效率和电池的电化学性能的情况下，提高电池隔膜的热性能。

为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种阻燃隔膜，包括：基膜，所述基膜为多孔薄膜；涂层，所述涂层设置在所述基膜的至少一侧表面上，所述涂层包括高分子聚合物以及中空多孔陶瓷复合体；所述中空多孔陶瓷复合体包括：中空多孔陶瓷纳米棒；以及相变填充材料，所述相变填充材料填充至所述中空多孔陶瓷纳米棒内部，所述相变填充材料包括相变材料和阻燃剂。

在上述技术方案中，本申请实施例通过在涂层中添加中空多孔陶瓷复合体，该复合体中的中空多孔陶瓷纳米棒和相变填充材料形成包覆结构。当电池内部的异常升温持续存在，导致电池温度失控而产生高内热时，包覆在中空多孔陶瓷纳米棒内部的相变填充材料会发生熔融现象，通过大量吸收电池内多余的热量，以延缓电池温度的继续升高；同时释放出阻燃剂，阻燃剂可提高涂膜的阻燃能力，并有效抑制可燃电解液的燃烧。当电池温度进一步上升，已释放出的阻燃剂在高温下通过蒸发吸热以及自身分解产生自由基等形式来阻止电池内部燃烧等现象的发生。通过以上多种阻燃形式的配合，可有效缓解电池温度失控引发的安全问题。

进一步地，根据本申请实施例，其中，高分子聚合物为呋喃基聚酰胺。