[发明专利]弹性体复合材料点阵涂布复合隔膜及采用该隔膜的锂电池

权利要求书

1.弹性体复合材料点阵涂布复合隔膜及采用该隔膜的锂电池，其特征在于，该复合隔膜至少包括微多孔PE基膜和涂布于其表面的弹性体复合材料点阵涂层，弹性体复合材料点阵涂层采用三维橡胶固体网络骨架(Rubber-Net)及高粘度的液体有机物和纳米级陶瓷粉体的液/固组合物(L/S)填充于其间的微观结构；三维橡胶固体网络骨架(Rubber-Net)提供可压缩变形和弹性恢复的弹性体功能，弥散分布其间的液/固组合物(L/S)起到与外部的电解液可以互通传质的功能；三维橡胶固体网络骨架(Rubber-Net)主体材料采用加成型液体硅胶原料为橡胶组分、疏水型气相法白炭黑纳米粉体作为硅胶的补强剂、经85-125℃热化学交联固化而成；弥散分布在三维橡胶固体网络骨架(Rubber-Net)之间的高粘度的液体有机物(L)主要包括：闪点在125℃以上、与锂电池电解液之间可以互扩散溶解的酯类溶剂L1：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、癸二酸二辛酯(DOS)中的一种或其组合物；粘度调节剂L2：运动粘度介于800-10000cst的高活性聚异丁烯、含氢硅油、长链烷基硅油中的一种或其组合物；润湿和界面调节剂L3：16烷基三甲氧基硅烷、18烷基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、2-(3，4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷、3-(2，3环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、3-(2，3环氧丙氧)丙基甲基二乙氧基硅烷、聚醚改性聚硅氧烷中的一种或多种组合物；弥散分布在三维橡胶固体网络骨架(Rubber-Net)之间的纳米级陶瓷粉体(S)同液体硅胶原料中使用的疏水型气相法白炭黑，纳米陶瓷粉体(S)的聚集体的平均粒径介于20-200纳米；加成型液体硅胶的原料组合物主要包括：双端乙烯基硅油和/或侧链含有乙烯基的甲基乙烯基硅油，交联剂采用含氢硅油，含氢硅油包括端甲基侧氢硅油和/或双端氢硅油，催化剂采用元素周期表中第VIII族过渡金属的络合物，包括氯铂酸与链烯烃、环烷烃、醇、醚等形成的铂系络合物，补强剂采用疏水型气相法白炭黑，上述液体硅胶原料组合物在40-50℃温度区间混合均匀后、液体硅胶原料组合物的运动粘度(V-RN)介于500-3000cst；弥散分布在三维橡胶固体网络骨架之间的液体有机物和纳米陶瓷粉体的液/固组合物原料(L/S)在40-50℃温度区间混合均匀后、组合物的运动粘度(V-LS)＝(V-RN)+(50-500)cst；微多孔PE基膜的厚度介于5-23微米、孔隙率介于40-60％、平均孔径介于30-200纳米，弹性体复合材料点阵涂层的长度a1和宽度b1或直径介于30-200微米，弹性体复合材料点阵涂层之间的横向间隔a2介于(0.5-5)*a1，弹性体复合材料点阵涂层之间的纵向间隔b2介于(0.5-5)*b1；采用0.15-0.20MPa名义压强测试弹性体复合材料点阵涂层的厚度T02介于3-10微米，采用0.75-0.80MPa名义压强下测试弹性体复合材料点阵涂层的厚度T08＝(0.4-0.6)*T02微米，复合隔膜浸泡电解液后的电导率与纯电解液的电导率的比值介于1∶(2-9)。

2.根据权利要求1所述的弹性体复合材料点阵涂布复合隔膜及采用该隔膜的锂电池，其特征在于，弹性体复合材料点阵的原料预先在40-50℃下配料、并将原料混合物在真空下搅拌、分散均匀成复合材料胶液，然后采用点阵状凹印辊的网穴浸胶后转移涂布至PE微多孔基膜的表面，在涂布烘箱的入口处设置负压吸附辊用于隔离前后的过程张力、并通过负压作用对未交联的胶液点阵施加压向基膜内的附加力，从而提高胶液对PE微多孔基膜的渗透作用和粘结强度，在涂布烘箱内对涂布有点阵胶液的复合隔膜加热到95-125℃进行热交联固化20-300秒；涂布烘箱出口对复合隔膜采用负压吸附辊隔离前后的过程张力，然后将复合隔膜采用水冷辊或吹冷风冷却到25-40℃以后进行收卷，即得到弹性体复合材料点阵涂布的复合隔膜。

3.根据权利要求1所述的弹性体复合材料点阵涂布复合隔膜及采用该隔膜的锂电池，其特征在于，弹性体复合材料点阵单面涂布复合隔膜在锂电池内部使用时，其点阵涂层一侧对应接触负极极片。

4.根据权利要求1所述的弹性体复合材料点阵涂布复合隔膜及采用该隔膜的锂电池，其特征在于，弹性体复合材料点阵单面涂布复合隔膜在锂电池内部使用时，其点阵涂层一侧对应接触正极极片。

5.根据权利要求1所述的弹性体复合材料点阵涂布复合隔膜及采用该隔膜的锂电池，其特征在于，微多孔PE基膜的两面分别涂布有弹性体复合材料点阵涂层，微多孔PE基膜的厚度介于9-16微米、孔隙率介于43-55％、平均孔径介于40-120纳米、Gurley值介于40-130s/100cc，弹性体复合材料点阵的长度a1和宽度b1介于80-130微米，点阵之间的横向间隔a2介于(1.0-1.5)*a1，点阵之间的纵向间隔b2介于(1.0-1.5)*b1；加成型液体硅胶的原料组合物在40-50℃温度区间混合均匀后、运动粘度(V-RN)介于800-1800st，主要原料包括：乙烯基含量介于0.30-0.36％的双端乙烯基硅油100重量份，氢含量介于0.17-0.20％的端甲基侧氢硅油230重量份，补强剂采用疏水型气相法白炭黑80-110份，白炭黑聚集体的平均粒径介于20-200纳米；填充在三维橡胶固体网络骨架之间的液体有机物和纳米陶瓷粉体的液/固组合物原料(L/S)在40-50℃混合均匀后、其运动粘度(V-LS)介于1000-2000st，主要原料包括：230-280重量份的碳酸乙烯酯(EC)，70-130量份的粘度调节剂R2：运动粘度介于3000-8000cst的高活性聚异丁烯或/和长链烷基硅油，3-6重量份的润湿剂R3：聚醚改性聚硅氧烷；80-150重量份的纳米陶瓷粉体、采用疏水型气相法白炭黑，白炭黑聚集体的平均粒径介于20-200纳米；液/固组合物原料(L/S)混合均匀后与液体硅胶原料的组合物继续混合均匀制备出复合材料胶液，然后采用点阵凹印工艺在PE微多孔基膜的两面分别涂布复合材料点阵涂层，经后续95-125℃加热、对复合材料料浆涂层进行热化学交联处理，制备出双面具有弹性体复合材料点阵涂层的复合隔膜，采用0.2MPa名义压强测试弹性体复合材料点阵涂层的两面涂层的加和总厚度介于8-10微米，采用0.8MPa名义压强下测试弹性体复合材料点阵涂层的两面涂层加和总厚度介于4-6微米，复合隔膜浸泡电解液后的电导率与纯电解液的电导率的比值介于1∶(4-8)，复合隔膜夹在锂电池正负极极片之间后做成的电池极组于150℃/30min仍然可以保持电子绝缘。