[发明专利]一体化锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，为解决传统锂离子电池在充放电过程中因为体积变化导致的界面松弛和结构失效的问题，提供了一种一体化锂离子电池及其制备方法，所述一体化锂离子电池由Janus隔膜与正、负电极片组合而成，所述Janus隔膜由耐高温支撑层和负载于耐高温支撑层两侧的极性功能层和非极性功能层组成，所述极性功能层与负极片固定，所述非极性功能层与正极片固定。本发明将Janus隔膜的A面设计为极性表面有利于在负极表面形成稳定、均一的SEI膜；Janus隔膜的B面设计为非极性表面，保证正极的电化学性能发挥，利于正极材料发挥更高的容量和倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种基于Janus隔膜的一体化锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池包括正极、负极、电解液以及隔膜，其中，隔膜是电池正极和负极之间的隔离材料，是关键的内层组件之一，对电池的界面特性、内阻、安全性等性能有显著的影响。隔膜可保证电解质中离子的通过，用于防止电池的自放电和两极短路等问题。

锂离子电池石墨负极材料在嵌锂和脱锂状态存在约20％的体积变化，容易导致电池在长期循环过程中出现界面松弛和结构失效，不利于电池性能的稳定发挥。聚烯烃基材的多孔膜是当前锂离子电池隔膜市场的主流产品。由于聚烯烃分子结构结构中缺乏极性基团，聚烯烃隔膜与极片之间不存在粘合作用，不能有效抑制电池在充放电过程中因为体积变化导致的界面松弛和结构失效。

在现有技术中，隔膜的上下表面均为PVDF-HFP胶层，而正极材料多为强极性的金属氧化物颗粒，涂层表面能高、粗糙度大，容易被粘接；负极材料多为非极性的层状石墨，涂层表面能低、粗糙度小，难以被粘接。根据材料的表面化学性质可以判断，相同的热压条件下，胶层对正极片的粘结强度胶层对聚烯烃基膜的粘结强度胶层对负极片的粘结强度。因此，为了保证隔膜与负极的粘结效果，实际热压操作需要在较大压力(2.0MPa)和较高温度(80℃)下才能完成，尽管这远远超过正极片的需求。

热压操作的温度和压力过高存在以下缺陷：1)破坏聚烯烃基膜的孔结构，降低隔膜的孔隙率，增加隔膜电阻；2)破坏隔膜涂层的表面形貌及孔结构，降低隔膜的电解液浸润性和吸液率；3)堵塞极片的孔结构，影响电解液浸润性和吸液率，增加电池内阻；4)涂层对正极活性材料形成包覆，影响离子传输和容量发挥，增加电池内阻。

中国专利文献上公开了“锂离子电池及其隔膜”，申请公布号为CN108321343A，该发明的隔膜包括隔膜基材，在隔膜基材中还混合有热敏感材料，热敏感材料的膨胀系数大于所述隔膜基材的膨胀系数。应用该技术方案有利于提高锂离子电池的散热性能。但是该发明的隔膜不能有效抑制电池在充放电过程中因为体积变化导致的界面松弛和结构失效。

发明内容

本发明为了克服传统锂离子电池在充放电过程中因为体积变化导致的界面松弛和结构失效的问题，提供了一种基于Janus隔膜的一体化锂离子电池，实现隔膜与极片之间的无损复合，避免对隔膜或极片的原有结构造成破坏。

本发明还针对现有热压技术中存在的操作温度和压力过高问题，提供了一种一体化锂离子电池的制备方法，该方法通过引入活化介质对隔膜进行表面预处理，可在较低温度、较低压力或仅仅利用极片自身重力的作用下就能够实现隔膜与极片的复合，复合强度可控性高，粘接强度适宜。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一体化锂离子电池，所述一体化锂离子电池由Janus隔膜与正、负电极片组合而成，所述Janus隔膜由耐高温支撑层和负载于耐高温支撑层两侧的极性功能层和非极性功能层组成，所述极性功能层与负极片固定，所述非极性功能层与正极片固定。