[发明专利]一种核壳材料、复合隔膜及其制备方法和一种锂离子电池

说明书

本发明提供了一种核壳材料、复合隔膜及其制备方法和一种锂离子电池。上述核壳材料包括聚合物壳体和灭活剂内核；灭活剂内核包括氢氧化物、阴离子为HCO₃^‑的无机化合物、共轭度大于1的有机化合物中的任意一种。本申请的核壳材料涂层中含有聚合物核壳和灭活剂内核，聚合物壳体在100～140℃下快速熔化或分解，释放灭活剂内核，此内核材料在高温下可以与LiPF₆的次生产物PF₅进行反应生成H₂O，并在高温下与嵌锂的负极进行快速化学反应，或具有与满电负极反应特性的二苯乙烯，达到使负极失效的作用，从而保证在高温下高能量密度电芯的安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种核壳材料、复合隔膜及其制备方法和一种锂离子电池。

背景技术

由于对新能源汽车续航里程的不断提高，使得高能量密度的动力电芯成为动力电池的主要选择。相应地，高能量密度带来的是更高的热不稳定性。隔膜是锂离子电池的关键部件，在电池中起着阻隔正负极电子电导，允许电解液离子自由通过的重要作用，同时隔膜也是电芯热失控时最开始的屏障之一。

动力电池的安全问题是极为复杂的，一定荷电态的负极在高温情况下及其不稳定的，随着SEI膜的分解以及和电解液的不断反应，可燃性气体不断生成，对电芯安全造成较大的隐患。因此，高温下对荷电态负极的处理是提高安全性的措施之一。

目前，采用具有高热稳定性和高离子电导率的无机陶瓷电解质作为涂覆层成为研究的热点，采用无机陶瓷固态电解质作为涂层的隔膜其自身的物理性能较好，但不能在锂离子电池处于高温情况下与电极材料产生化学作用达到自失活的效果。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种核壳材料、复合隔膜及其制备方法和一种锂离子电池，以解决现有技术中采用无机陶瓷固态电解质作为涂层的隔膜在锂离子电池处于高温情况下安全性较差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种核壳材料，该核壳材料包括聚合物壳体和灭活剂内核；灭活剂内核包括氢氧化物、阴离子为HCO₃^-的无机化合物、共轭度大于1的有机化合物中的任意一种。

进一步地，聚合物壳体的厚度为0.5～1μm，优选核壳材料粒径为0.1～20μm。

进一步地，聚合物壳体的熔化温度或分解温度为100～140℃，优选聚合物壳体包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、三聚氰胺甲醛树脂、聚氟代碳酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯等聚合物中的一种或多种，更优选聚合物壳体为聚乙烯。

进一步地，氢氧化物包括氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾中的一种或多种；优选阴离子为HCO₃^-的无机化合物包括碳酸氢钠、碳酸氢锂、碳酸氢钾、碳酸氢铵中的一种或多种，优选共轭度大于1的有机化合物包括顺式二苯乙烯衍生物，更优选共轭度大于1的有机化合物包括顺-二苯乙烯、2-甲基二苯乙烯、4-甲基二苯乙烯中的一种或多种。

进一步地，灭活剂内核选自碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸氢铵、二苯乙烯中的一种或多种。

进一步地，灭活剂内核和核壳材料中聚合物壳体的质量比为0.1～99.9％:1，优选灭活剂内核和核壳材料中聚合物壳体的质量比为20％～85％。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种复合隔膜，该复合隔膜包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面上的核壳材料涂层；核壳材料涂层包括权利要求上述核壳材料；优选基膜为聚乙烯膜和/或聚丙烯膜；优选核壳材料涂层涂覆在基膜朝向负极一侧的表面上；优选核壳材料涂层的厚度为0.2～20μm。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述复合隔膜的制备方法，该制备方法包括：将粘合剂、稳定剂、溶剂、核壳材料混合，得到悬浮液；将悬浮液涂覆在基膜表面，干燥，得到复合隔膜。