[发明专利]陶瓷隔膜及锂离子电池

说明书

【技术领域】

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种陶瓷隔膜及使用该陶瓷隔膜的锂离子电池。

【背景技术】

锂离子电池因其能量密度高、工作电压高和循环寿命长等优点而得到了广泛的应用，尤其是作为电动汽车的能量来源。现有的锂离子电池电解液通常由碳酸酯类有机溶剂构成，其闪点低，受热或高温会在空气中发生燃烧，存在很大的安全隐患。为解决上述问题，现有技术包括以下两种方法：一种是在电解液中添加阻燃剂，然而随之产生的问题是电解液的电化学性能受到严重影响；另一种是在隔膜基材表面涂布陶瓷材料，即使隔膜基材发生了收缩或融化，陶瓷涂层仍能够阻止正负极接触，防止大面积短路，达到提升安全性能的目的，但是，现有技术通常采用普通的陶瓷粉体进行涂布，比表面积只有10-20m²/g，吸液能力有限，导致电池大电流充放电性能差、电池循环寿命低。

鉴于此，实有必要提供一种新型陶瓷隔膜用于锂离子电池以克服以上缺陷。

【发明内容】

本发明提出一种热稳定性高，能够用于并提高锂离子电池安全性能的陶瓷隔膜。

本发明提供的一种陶瓷隔膜，包括隔膜基材，所述隔膜基材至少一侧的表面涂布有陶瓷浆料且所述陶瓷浆料经过干燥后在所述隔膜基材表面形成保护层；所述陶瓷浆料包含质量分数为20-70％的陶瓷粉体、20-70％的阻燃剂及5-30％的粘结剂与溶剂混合而成，且所述陶瓷粉体呈空心球或空心管结构。

在一个优选实施方式中，所述浆料包含质量分数为70％的陶瓷粉体、25％的阻燃剂及5％的粘结剂；所述隔膜基材为聚烯烃类微孔膜，其孔隙率为40-60％，孔径为30-300nm，厚度为7-20μm。

在一个优选实施方式中，所述隔膜基材为聚乙烯单层膜、聚丙烯单层膜、PP/PE/PP三层复合膜或纤维素无纺布隔膜。

在一个优选实施方式中，所述纤维素无纺布隔膜的材料可选用聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚(乙二醇对苯二甲酸酯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺纤维及聚对苯二甲酰对苯二胺中的一种或几种。

在一个优选实施方式中，所述保护层的厚度为0.5-15μm。

在一个优选实施方式中，所述陶瓷粉体为SiO₂、Al₂O₃、TiO₂、SnO₂、ZrO₂及ZnO₂中的至少一种。

在一个优选实施方式中，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、氧化锡、氧化钼、钼酸铵、硼酸锌、十溴二苯醚、六溴环十二烷、八溴醚及四-溴双酚A中的至少一种。

在一个优选实施方式中，所述溶剂为水；所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶及三元共聚物乳胶中的至少一种。

在一个优选实施方式中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈及聚酰亚胺中的至少一种。

本发明还提供一种包括如权利要求1-9中任意一项所述的陶瓷隔膜的锂离子电池。

本发明提供的陶瓷隔膜在隔膜基材表面涂布一层涂覆浆料形成保护层，涂覆浆料中采用具有空心球或空心管结构的陶瓷粉体，该类陶瓷粉体具有很高的比表面积，使保护层具有良好的电解液浸润性和极强的吸液能力，提高了锂离子电池的循环寿命和倍率性能；同时，添加的阻燃剂可以存储于陶瓷粉体颗粒的空腔内，一起包覆于粘结剂中，避免了在电解液中直接添加阻燃剂所带来的不良影响。将该发明提供的陶瓷隔膜用于锂离子电池中，能够大大提高电池的安全性能。

【附图说明】

图1为实施例1获得的陶瓷隔膜的SEM图。

图2为对比例1获得的隔膜的SEM图。

【具体实施方式】

本发明提供一种陶瓷隔膜，包括隔膜基材，所述隔膜基材至少一侧的表面涂布有陶瓷浆料且所述陶瓷浆料经过干燥后在所述隔膜基材表面形成保护层。所述陶瓷浆料包含质量分数为20-70％的陶瓷粉体、20-70％的阻燃剂及5-30％的粘结剂与溶剂混合而成，且所述陶瓷粉体呈空心球或空心管结构。