[发明专利]锂离子电池隔膜用涂层材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池隔膜用涂层材料。

背景技术

我国现已是全球电池制造大国，电池的产量和出口量均位居世界第一。我国锂离子电池产业化始于1997年后期，2004年达到8亿只，在全球市场的市场份额猛增到38%，仅次于日本。在2005~2008年，我国的锂离子电池全球市场份额稳定在34%左右。

锂离子电池主要有四部分组成，分别为正极材料，负极材料，隔膜和电解液。

在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。

电池隔膜在电池中起到了至关重要的作用， 那么隔膜需要具备具有优异的力学性能、热稳定性、化学稳定性和相对廉价的特点。

但是，目前不论干法还是湿法制备的聚烯烃隔膜，仍然存在热稳定性不好，引起了电池的安全性问题，在生活中出现了很多次的电池爆炸或燃烧事件。同时隔膜对电解液的浸润性比较差，导致电池电性能和循环性能差。而且，由于对电解质的浸润性不好，使得聚烯烃隔膜在电池充放电速度和循环寿命上存在不足，对大尺寸电池，其缺陷尤为明显。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池隔膜用涂层材料，以改善目前使用的商业化的聚烯烃隔膜的热稳定性和对电解质的浸润性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池隔膜用涂层材料，其特征在于该涂层材料的组成及质量百分含量为：

无机组分         1～24%

有机组分         0.4～6%

溶剂             70～97%

添加剂         0.1~1.2%

所述的无机组分为：二氧化硅纳米粒子、三氧化二铝纳米粒子、二氧化锆纳米粒子、二氧化钛纳米粒子、二氧化铈、氧化钇中的至少一种；

所述的有机组分为：聚偏氟乙烯PVdF、聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVdF-HFP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乙烯吡咯烷酮PVP、PEI聚乙酰亚胺，聚乙烯醇PVA、聚烯丙级胺PAH、聚丙烯酸PAA中的至少一种；

所述的添加剂为二乙醇胺、多巴胺、儿茶酚、柠檬酸、苹果酸、羟基乙酸、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、水中的至少一种。

上述的的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、二氯乙烷、四氢呋喃、乙酸乙酯等中的至少一种。

上述的无机纳米粒子粒径为5~50 nm。

上述的锂离子电池隔膜用有机-无机复合强化涂层制备方法为：

a)将无机组分、有机组分按一定的比例加入到含有一定量添加剂的溶剂中进行分散，分散方法可以采用超声、高速剪切等机械混合；

b)然后在20-30℃温度下采用浸涂法、流延法等涂布方法成膜，涂布液的用量为2-20 g/m², 最后采用40-60℃干燥0.5-2min。

本发明方法的优点如下所述：

（1）本发明通过有机-无机复合高分散体系体系来修饰聚烯烃隔膜，复合隔膜能够保持初始隔膜的孔道结构，而不明显增加隔膜厚度，涂层修饰后的隔膜孔隙率与隔膜初始孔隙率的比值大于80%。

（2）本发明采用的涂布材料可以渗入隔膜孔道，固化后在隔膜的外表面及孔道内表面形成均匀的有机-无机复合涂层，从而增强了聚烯烃隔膜的机械性能、热稳定性、对电解液的持液率，以及电化学性稳定性。用强化涂层修饰过的聚烯烃隔膜在150℃加热1h，收缩率小于10%；其持液率大于260%，电化学稳定窗口提高到5.0 V。

（3）本发明工艺方法简单易行，反应条件温和，便于生产控制和推广。

附图说明

图1为初始状态PE隔膜的场发射电子扫描电镜图

图2为涂覆强化涂层PE隔膜的场发射电子扫描电镜图。

图3为初始状态PE隔膜的照片。

图4为涂覆强化涂层PE隔膜的照片。

图5为PE膜在150℃下加热0.5h后的照片。

图6为涂覆强化涂层PE隔膜在150℃下加热0.5h后的收缩图。

具体实施方式

下面用非限定实施例说明本发明。