[发明专利]一种锂离子电池复合隔离膜

说明书

本发明提供了一种具有安全、保液与补锂等功能的复合隔离膜，该复合隔离膜是在PE基膜朝向负极一侧的表面涂覆具有安全防护功能的缓冲陶瓷涂层，并在缓冲陶瓷涂层表面再涂覆具有保液功能的凝胶涂层，而PE基膜朝向正极一侧的表面则涂覆具有热敏电阻功能的半导体与补锂功能的无机材料混合涂层。本发明提供的复合隔离膜不仅可以缓解因电极膨胀而产生的电池变形、降低因热失控以及毛刺所造成的内短路风险，还能够补充化成过程中的锂离子损耗，提高锂离子电池的放电容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有安全、保液及补锂等性能的锂离子电池复合隔离膜。

背景技术

锂离子电池的安全问题本质上是由于隔离膜破损所造成正负极之间的内短路。传统的锂离子电池隔离膜是由聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)制成，抗拉伸和抗穿刺能力较差，使锂离子电池存在较高的安全隐患。尤其因追求高比能量而逐渐成为市场主流的5～12μm超薄PE隔离膜，使锂离子电池的安全问题面临着更为严峻的挑战。针对这一问题，业内基本都是采用在PE或PP隔离膜上涂覆氧化铝陶瓷粉体来提高抗拉伸和抗穿刺能力。如公开号为CN104064709 A的专利提供了一种锂离子电池隔离膜的陶瓷涂层制备技术，将丙烯酸酯类的单体和烯醇类单体在引发剂的作用下合成树枝形枝接共聚物，并与氧化铝陶瓷共混成陶瓷浆料，再利用共聚物与隔离膜的吸附形成致密的立体网状结构。这种方法在一定程度上提高了电池的安全性能，但并不能从根本上解决电极毛刺以及隔离膜老化破损所带来的安全隐患，而且涂覆之后的隔离膜占据了电芯中更多的空间和质量，牺牲了电池的容量。

锂离子电池在首次充放电过程中，存在负极SEI膜的形成、负极材料颗粒因脱落而失活、金属锂的不可逆沉淀等过程，消耗正极的活性锂，降低电池的可利用能量，因此需要补锂来预补偿首次放电中的活性锂损失。如公开号为CN 105702943A的专利公开了一种在锂离子电池负极进行金属锂预储存的补锂方法，可以有效弥补化成过程中消耗的锂离子，从而提高了电池的放电容量和循环寿命。由于金属锂具有极高的活性，很容易与水蒸汽、空气发生反应，因此该方法不仅对生产环境的要求十分苛刻，还会使生产成本大幅度提高。

发明内容

针对传统锂离子电池隔离膜抗拉伸、抗穿刺能力较差，活性锂损失难以补充的问题和缺陷，本发明提供了一种能够补充锂离子并提高锂离子电池安全系数、放电容量与循环寿命等性能的复合隔离膜。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种锂离子电池复合隔离膜，包括基膜，基膜朝向负极一侧的表面涂覆有凝胶涂层，基膜与凝胶涂层之间涂覆有缓冲陶瓷涂层，基膜朝向正极一侧的表面涂覆有热敏半导体补锂涂层。

上述的一种锂离子电池复合隔离膜，所述基膜为孔隙率在40％～60％、孔径在30～300nm、厚度在5～12μm的PE隔离膜。

上述的一种锂离子电池复合隔离膜，所述缓冲陶瓷涂层浆料是由30％～40％具有储锂功能的陶瓷粉体、2％～6％粘合剂、0.1％～0.5％分散剂以及53.5％～67.9％去离子水组成。

上述的一种锂离子电池复合隔离膜，所述具有储锂功能的陶瓷粉体为氧化铁、二氧化锰、三氧化二锰、磷酸铁、钛酸锂以及磷酸高铁锂中的一种或几种，其D50为0.5～1.5μm。

上述的一种锂离子电池复合隔离膜，所述凝胶涂层的浆料是由10％～20％凝胶干粉、2％～6％粘合剂、0.3％～1％分散剂以及73％～87.7％去离子水组成。

上述的一种锂离子电池复合隔离膜，所述凝胶干粉为球状的聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚醋酸乙烯酯以及聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，其D50为0.1～0.5μm。

上述的一种锂离子电池复合隔离膜，所述热敏半导体补锂涂层浆料由5％～10％热敏半导体陶瓷粉体、20％～30％具有补锂功能的无机粉体、2％～6％粘合剂、0.1％～0.5％分散剂以及53.5％～72.9％去离子水组成。