[发明专利]一种纳米粒子涂覆的锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

本申请公开了一种纳米粒子涂覆的锂离子电池隔膜及其制备方法。本申请的纳米粒子涂覆锂离子电池隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的纳米粒子，其中，纳米粒子具有多孔结构，并且至少部分孔道贯穿纳米粒子的表面。本申请的纳米粒子涂覆锂离子电池隔膜，采用具有多孔结构的纳米粒子制备涂层，多孔结构的纳米粒子本身具有发达的孔道结构，锂离子不仅可以在纳米粒子间的空隙中扩散，还可以在纳米粒子本身的多孔结构内部孔道中自由扩散，提高了纳米粒子涂层隔膜的孔隙率，改善了隔膜的电解液浸润性。本申请的纳米粒子涂覆锂离子电池隔膜，在保持传统纳米粒子涂层隔膜耐热性的同时，提高了锂离子的电导率，使得电池具有高倍率性能和长循环性能。

技术领域

本申请涉及锂离子电池隔膜领域，特别是涉及一种纳米粒子涂覆的锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有能量密度高、环保、质量轻、充放电性能好、安全性能好等优点，已经被广泛的应用在日常的各个领域，并且随着人们对清洁能源需求的增加其使用量也在日益增长。锂离子电池隔膜是锂离子电池的四大主材之一。目前常用的商品化锂离子电池隔膜是聚烯烃类的聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)的单层或多层有孔膜。

由于传统聚烯烃类有孔隔膜的熔点较低，受热后会出现收缩，造成电池正负极接触短路而存在严重的安全隐患，而且聚烯烃类有孔隔膜对电解液浸润性不佳，因此人们对新型隔膜材料进行了改性研究开发。目前出现了用于锂离子电池的陶瓷隔膜，已商品化的主流陶瓷涂覆膜所用陶瓷是无机纳米氧化铝、勃姆石等，但是这些无机纳米粉体会在基膜孔道结构中紧密堆积而堵塞隔膜孔道，造成隔膜的微结构发生变化，例如影响隔膜的孔径及孔径分布，影响隔膜的孔隙率和透气值，甚至影响隔膜的尺寸稳定性，进而影响离子迁移，显著影响锂离子电池的离子迁移数和离子电导率，阻碍锂离子运输，进而影响电池性能。

发明内容

本申请的目的是提供一种改进的纳米粒子涂覆的锂离子电池隔膜及其制备方法。

为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种纳米粒子涂覆的锂离子电池隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的纳米粒子，其中，纳米粒子具有多孔结构，并且至少部分孔道贯穿纳米粒子的表面。

其中，至少部分孔道贯穿纳米粒子的表面，是为了方便电解液或者离子穿过纳米粒子，原则上，纳米粒子的多孔结构越多的贯穿纳米粒子表面越好，尽量避免内部独立的封闭的孔道或者不能贯穿表面的孔道。

需要说明的是，本申请的纳米粒子涂覆锂离子电池隔膜，与现有的陶瓷涂覆隔膜相比，最大的区别在于，采用具有多孔结构的纳米粒子；由于纳米粒子具有多孔结构，即便堆积在基膜的孔道中，也不会完全堵塞基膜孔道，保障了离子迁移性能，避免了由于基膜孔道堵塞造成的离子迁移数和离子电导率、倍率性能和循环性能等性能受影响的问题。

本申请采用的多孔结构的纳米粒子本身具有发达的孔道结构，能为锂离子的传导提供快速传递的通道，与此同时，本申请的一种实现方式中，纳米粒子为有机多孔颗粒，这类多孔有机结构的纳米粒子中含有的S、N、O等元素能够与锂离子络合，进一步促进锂离子的传递，实现锂离子电池的高倍率以及长循环等优良性能。

优选的，纳米粒子的粒径为50nm-50μm，纳米粒子的孔径为5nm-500nm。

更优选的，纳米粒子的粒径为10nm-1μm，纳米粒子的孔径为10nm-100nm。

优选的，纳米粒子选自无机多孔颗粒、有机多孔颗粒和有机-无机杂化多孔颗粒中的至少一种。

需要说明的是，本申请的关键在于采用具有多孔结构的纳米粒子，至于纳米粒子的类型可以参考现有的具有涂层结构的锂离子电池隔膜，可以单独的使用无机多孔颗粒或有机多孔颗粒，又或者无机多孔颗粒和有机多孔颗粒混合使用，又或者采用有机-无机杂化的多孔颗粒。