[发明专利]一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜，尤其是涉及一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点，具有很好的经济效益、社会效益和战略意义，成为目前最受瞩目的绿色化学电源。

在锂离子电池中，隔膜主要起到防止正负极接触并允许离子传导的作用，是电池重要的组成部分。目前，商品化的锂离子电池中采用的主要是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)的单层或多层膜。由于聚合物本身的特点，虽然聚烯烃隔膜在常温下可以提供足够的机械强度和化学稳定性，但在高温条件下则表现出较大的热收缩，从而导致正负极接触并迅速积聚大量热，尽管诸如PP/PE复合隔膜可以在较低温度(120℃)首先发生PE熔化阻塞聚合物中的微孔，阻断离子传导而PP仍起到支撑的作用防止电极反应的进一步发生，但是由于PP的熔解温度也仅有150℃，当温度迅速上升，超过PP的熔解温度时，隔膜熔解会造成大面积短路并引发热失控，加剧热量积累，产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。电池内部短路是锂离子电池安全性的最大隐患。为了满足大容量锂离子电池发展的需要，开发高安全性隔膜已成为行业的当务之急。在这其中，陶瓷隔膜优异的耐温性和高安全性使其成为取代传统聚烯烃隔膜的主要选择之一。

陶瓷隔膜(Ceramic-coated Separators)是在现有的聚烯烃微孔膜的表面上，单面或双面涂布一层均匀的、由陶瓷微颗粒等构成的保护层(几个μm)，形成多孔性的安全性功能隔膜。在保证聚烯烃微孔隔膜原有基本特性的基础上，赋予隔膜高耐热功能，降低隔膜的热收缩性，从而更有效地减少锂离子电池内部短路，防止因电池内部短路而引起的电池热失控。目前，陶瓷隔膜的制备方式主要是将陶瓷粉体(主要是纳米或亚μm的氧化物粉末，如Al₂O₃、SiO₂、TiO₂等)、粘结剂等分散在溶剂中形成浆料，再通过流延法或浸渍法在聚烯烃隔膜表面形成陶瓷涂层(参见文献：Journal of Power Sources，2010，195，6192-6196、中国专利CN200580036709.6、中国专利CN200780035135.X等)。但是，目前，一般的陶瓷涂覆隔膜所采用的陶瓷粉体主要是无机氧化物，主要利用无机氧化物较好的耐热特性，因此，这种类型的陶瓷隔膜其热稳定性的提高仅是一种“被动”防御。若提高陶瓷涂覆隔膜的导热性能，加速热量在电池中的传导，则可以实现在不破坏锂离子电池使用性能的前提下实现提高其安全性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述陶瓷涂覆隔膜在锂离子电池中应用。

所述陶瓷涂覆隔膜包括聚合物隔膜，在聚合物隔膜的单侧或两侧上涂覆高热传导电绝缘性纳米材料。所述高热传导电绝缘性纳米材料可采用BN纳米线、BN纳米颗粒、BN纳米管等。

所述陶瓷涂覆隔膜的制备方法的具体步骤如下：

将高热传导电绝缘性材料加入到聚合物溶液中，再涂覆到聚合物隔膜上，挥发溶剂后得到固态聚合物膜，即所述陶瓷涂覆隔膜。

所述聚合物隔膜可采用聚烯烃类多孔聚合物膜、无纺布或应用于二次电池聚合物电解质的聚合物材料，所述聚烯烃类多孔聚合物膜可选自聚乙烯或聚丙烯的单层或多层复合膜，所述应用于二次电池聚合物电解质的聚合物材料可选自聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇等中的一种，或聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇等衍生的共混、共聚体系，所述衍生的共混、共聚体系包括丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物等。

所述高热传导电绝缘性材料可采用BN，包括纳米颗粒、纳米线、纳米管等。高热传导电绝缘性材料在聚合物隔膜上涂覆的厚度可为0.5～20μm，所述在聚合物隔膜上涂覆可在聚合物隔膜单面涂布或双面涂布。

所述陶瓷涂覆隔膜可在锂离子二次电池中应用。

本发明在术语“高热传导电绝缘性”中所用的措辞“电绝缘性”是指在本发明方法中，所加入的高热传导性物质必须是电子绝缘体，这是由于电子在隔膜中的传递将会导致锂离子电池的短路，因此所添加的物质必须在具备高热传导性的同时具备电绝缘性。