[发明专利]一种锂离子电池隔膜和锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种锂离子电池隔膜和锂离子电池及其制备方法。所述锂离子电池隔膜包括多孔基膜以及覆盖在所述多孔基膜的至少一侧表面上的耐热层；所述耐热层含有耐高温聚合物和纳米材料，且所述耐高温聚合物与纳米材料的重量比为99:1‑3:7；所述耐热层具有多孔结构，且平均孔径为10‑1000nm，孔隙率为30‑60％。本发明提供的锂离子电池隔膜不仅具有较高的离子电导率，而且还能够较高的耐热性以及在高温下的机械强度。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种锂离子电池隔膜和锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池主要由正/负极材料、电解质、隔膜及电池外壳包装材料组成。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，用于起着分隔正、负极，防止电池内部短路，允许电解质离子自由通过，完成电化学充放电过程的作用。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的倍率性能、循环性能以及安全性能(耐高温性能)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，被业界称为电池的“第三电极”。

现有的锂离子电池隔膜可以由聚合物材料通过湿度相转化法形成，然而，由于聚合物材料的融化温度通常较低(400-500℃)而可能导致锂离子电池耐高温性能较差，并且聚合物材料不能吸附电池中产生的副反应产物等杂质。对此，现有技术采用由无机颗粒和粘结剂涂覆在基膜表面形成陶瓷层，以提高锂离子电池隔膜的耐热性能。

例如，CN105390643A公开了一种锂离子电池用复合隔膜及其制备方法。该锂离子电池用复合隔膜其包括：(a)具有孔的多孔基板；以及(b)有机/无机复合层，其用包含无机颗粒和至少一种选自聚醚酰亚胺、聚芳醚酮和聚间苯二甲酰间苯二胺的聚合物粘结剂以及任选的高温闭孔材料的混合物涂覆在多孔基板的至少一个表面或多孔基板的部分表面区域而形成，其中无机颗粒相互连接且通过所述聚合物粘结剂固定，并且无机颗粒之间的间隙形成孔；以所述复合层的总重量为基准，所述聚合物粘结剂的含量为3-25重量％，所述无机颗粒的含量为60-90重量％。该锂离子电池用复合隔膜的制备方法包括将聚合物粘结剂溶解于溶剂中形成聚合物溶液，将聚合物粘结剂的反溶剂加入所得聚合物溶液中以形成聚合物粘结剂的悬浊液，然后加入任选的分散剂和无机颗粒以及任选的高温闭孔材料，形成涂覆液，将所得涂覆液涂覆于具有孔的多孔基板的至少一个表面上或者多孔基板的部分表面区域上，然后干燥。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种新的锂离子电池隔膜和锂离子电池及其制备方法。

在现有的由无机颗粒和聚合物材料形成的耐热层中，由于无机颗粒的耐热性要优于常用的聚合物材料，因此，为了提高锂离子电池隔膜的耐高温性能，现有的耐热层中通常以无机颗粒作为主要成分，而聚合物材料含量较低且仅仅起到粘结作用。此外，由于高温聚合物粘结剂(熔点高)的粘结性能通常要低于低温聚合物粘结剂(熔点低)的粘结性能，因此，为了使得锂离子电池隔膜具有更高的强度，现有技术通常选用低温聚合物作为粘结剂。而本发明的发明人经过深入研究后发现，现有技术的这种耐热层虽然能够在一定程度上提高锂离子电池隔膜的耐热性能，但是其在高温下热收缩非常大，会导致无机颗粒的破裂并降低高温强度。而本发明的发明人通过深入研究后还发现，当采用耐高温聚合物作为耐热层的主要成分，而无机材料作为耐热层的改性材料，并且通过使用造孔剂进行再次造孔的方式或者采用热致相分离的方式使得耐热层形成特定孔径和孔隙率的多孔结构时，相应的锂离子电池隔膜不仅具有较高的离子电导率，而且还能够提高耐热性以及在高温下的机械强度。基于此，完成了本发明。

具体地，本发明提供了一种锂离子电池隔膜，其包括多孔基膜以及覆盖在所述多孔基膜的至少一侧表面上的耐热层；所述耐热层含有耐高温聚合物材料以及纳米材料，且所述耐高温聚合物与纳米材料的重量比为99:1-3:7；所述耐热层具有多孔结构，且平均孔径为10-1000nm，孔隙率为30-60％。

本发明还提供了一种锂离子电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、提供多孔基膜；