[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聚乙烯隔膜和附着在聚乙烯隔膜表面的有机‑无机复合涂层，有机‑无机复合涂层的组成包括纤维素纤维、云母纳米片和纳米氧化铝颗粒。本发明的电池隔膜的制备方法包括以下步骤：将纤维素纤维、云母纳米片和纳米氧化铝颗粒分散在溶剂中制成分散液，再涂覆在聚乙烯隔膜表面进行干燥成膜，即得电池隔膜。本发明的电池隔膜具有热稳定性优异、机械强度高、电解液润湿性能优异等优点，且其制备方法简单、生产成本低，适合进行大规模工业化应用。

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

锂离子电池(LIBs)具有高能量密度和长使用寿命，在现代人类社会中几乎无处不在。近些年来，随着电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的快速发展，锂离子电池的市场需求不断增加。聚烯烃隔膜是目前应用最广泛的锂离子电池隔膜，但其存在熔点低、高温下易收缩、机械强度低、与电解液的亲和性较差等固有缺陷，阻碍了其在高功率和高容量的锂离子电池中的应用，且其在恶劣的条件下还容易发生大的热收缩，最终会导致电池内部短路和热失控，存在较大的安全隐患。

目前，主要是通过在聚烯烃隔膜上涂覆无机陶瓷材料(例如：SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂等)形成陶瓷涂层来提高其耐热性能和机械性能。陶瓷涂层不仅可以为隔膜提供一个刚性的骨架，从而有效提高其机械强度，阻止其在高温下的热收缩，而且无机陶瓷材料含有的羟基等极性官能团还可以提高电解质与隔膜之间的亲和力。然而，通过该方法制备得到的隔膜通常只能耐140℃左右的高温，当处于更高温度条件下时隔膜会严重收缩，并不足以保证电池的使用安全，原因在于：无机陶瓷颗粒在分散过程中容易结块或沉降，导致其在隔膜表面的分布不均匀，最终严重影响隔膜的热稳定性和机械稳定性的提升，此外，无机陶瓷颗粒还容易堵塞隔膜的孔隙，从而会抑制锂离子的传输，最终导致锂离子电池的循环性能和速率性能明显下降。

因此，开发一种热稳定性优异、机械强度高、电解液润湿性能优异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，其组成包括聚乙烯隔膜和附着在聚乙烯隔膜表面的有机-无机复合涂层；所述有机-无机复合涂层的组成包括纤维素纤维、云母纳米片和纳米氧化铝颗粒。

优选的，所述有机-无机复合涂层中纤维素纤维、云母纳米片、纳米氧化铝颗粒的质量比为1:3～15:6～15。

优选的，所述有机-无机复合涂层的厚度为160nm～460nm。

优选的，所述纤维素纤维为甲基纤维素(MC)纤维、羟丙基甲基纤维素(HPMC)纤维、羟乙基纤维素(HEC)纤维、羧甲基纤维素(CMC)纤维中的至少一种。

优选的，所述纤维素纤维的长度为1μm～3μm。

优选的，所述云母纳米片的片径为2μm～5μm。

优选的，所述纳米氧化铝颗粒的粒径为100nm～200nm。

优选的，所述聚乙烯隔膜的厚度为5μm～15μm。

一种如上所述的电池隔膜的制备方法包括以下步骤：将纤维素纤维、云母纳米片和纳米氧化铝颗粒分散在溶剂中制成分散液，再涂覆在聚乙烯隔膜表面进行干燥成膜，即得电池隔膜。

一种锂离子电池，其包含上述电池隔膜。

本发明的有益效果是：本发明的电池隔膜具有热稳定性优异、机械强度高、电解液润湿性能优异等优点，且其制备方法简单、生产成本低，适合进行大规模工业化应用。