[发明专利]隔膜及其制备方法以及使用隔膜的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种隔膜及其制备方法以及使用这种隔膜的锂离子电池，其中，所述隔膜包括多孔的隔膜基体和涂布在隔膜基体至少一个表面上的复合涂层，所述复合涂层包括聚合物蜡包覆改性的含有羟基的超细玻璃纤维和水性乳胶，用于包覆含有羟基的超细玻璃纤维的聚合物蜡的熔点为80～160℃；所述制备方法用于制备上述隔膜。与现有技术相比，本发明的隔膜具有热稳定性高、机械性能强、吸液能力强、安全性能好等优点，因此能够有效提高锂离子电池的循环性能和安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有良好循环和安全性能的隔膜及其制备方法。

背景技术

作为一类具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应和循环寿命长等特点的化学电池，锂离子电池已由手机、笔记本电脑、数码相机及便携式小型电器所用电池，逐步走向电动汽车、储能电站等能源交通领域用电池。随着锂离子电池应用领域的拓宽，其价格成本、安全性能和循环寿命等也越来越受到关注。

锂离子电池隔膜(LIBS)是电池中除正极材料、负极材料以及电解液之外的重要组成部分，它发挥着隔离正负极并实现电子绝缘和离子导通的重要作用；由于隔膜是一种高附加值材料，因此如何在保证其安全性的基础上，降低价格成本和改善循环寿命都是重要的研究方向。

目前，商业化的锂离子电池隔膜多为聚烯烃隔膜，但是当电池温度升高时，这种隔膜会发生热收缩甚至熔融而带来安全隐患。针对上述问题，本领域的解决办法是在隔膜上涂布一层陶瓷层材料，以起到降低热收缩、防止正负极短路的作用。但需要指出的是，陶瓷涂覆隔膜虽然能够提高电池的热稳定性能和安全性能，却也影响了电池的循环和倍率性能；此外，由于陶瓷材料具有硬度大的特点，因此其涂布过程对分切刀和涂布辊的损耗很大，而且通常难以保证长时间涂布厚度的均一性；再者，陶瓷浆料的价格相对来说较高，不利于降低成本。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种具有良好循环和安全性能、且成本相对低廉的隔膜及其制备方法以及使用该隔膜的锂离子电池，以克服现有技术存在的缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种隔膜，其包括多孔的隔膜基体和涂布在隔膜基体至少一个表面上的复合涂层，所述复合涂层包括聚合物蜡包覆改性的含有羟基的超细玻璃纤维和水性乳胶，用于包覆含有羟基的超细玻璃纤维的聚合物蜡的熔点为80～160℃。

相对于现有的陶瓷涂布技术，本发明涂布在隔膜基体表面的复合涂层不仅能够提高隔膜基体的热稳定性和机械性能、降低浆料和设备成本，而且其含有羟基的超细玻璃纤维交织成的骨架是具有较大孔径的吸液层，因而能够吸纳更多的电解液，有利于提高电芯倍率及循环性能；而且，当电池因为过充等滥用使其内部温度达到聚合物蜡的熔点时，包覆在含有羟基的超细玻璃纤维表面的聚合物蜡会被熔化，并因毛细作用而被吸入到含有羟基的超细玻璃纤维层及隔膜基体的微孔中起到闭孔断路的功能，从而有效地切断锂离子通道，保证电池的安全。

作为本发明隔膜的一种改进，所述聚合物蜡包覆改性的含有羟基的超细玻璃纤维在复合涂层中的含量为60～95.5wt.％，水性乳胶在复合涂层中的含量为4～30wt.％。

作为本发明隔膜的一种改进，所述含有羟基的超细玻璃纤维为带有一定量羟基的商售超细玻璃纤维，其直径为0.5～5μm，长度为0.1～5mm。这是因为商售超细玻璃纤维一般经过偶联剂处理而带有一定量的羟基，因此它易于与聚合物蜡乳液中的功能性基团相互作用形成包覆型结构，同时聚合物蜡也会增加含有羟基的超细玻璃纤维和隔膜基体的相容性，从而更有效地结合含有羟基的超细玻璃纤维和聚合物两者的作用。

作为本发明隔膜的一种改进，聚合物蜡在含有羟基的超细玻璃纤维表面形成的包覆层厚度为1～5μm。

作为本发明隔膜的一种改进，所述聚合物蜡的分子量为5000～30000。