[发明专利]一种陶瓷微球、含有该陶瓷微球的隔膜及含有该隔膜的锂离子电池

说明书

本发明提供了一种陶瓷微球、含有该陶瓷微球的隔膜及含有该隔膜的锂离子电池。本发明区别于常规锂离子电池隔膜，主要是采用聚合物包覆的方法，制备热敏阻断锂离子和热敏导通电子两种高安全性性能包覆微球——导电微球和陶瓷微球，并将两种高安全性包覆微球应用在锂离子电池隔膜中，该锂离子电池隔膜具有热敏阻断锂离子和热敏导通两项功能，能有效改善锂离子电池的安全性能。

技术领域

本发明属于微球和锂离子电池技术领域，尤其涉及一种陶瓷微球、具有高安全性的含有该陶瓷微球的隔膜及含有该隔膜的锂离子电池。

背景技术

与传统二次电池相比，锂离子电池具有能量密度高、绿色环保、使用寿命长等优点，目前已经广泛应用于动力电池领域、数码产品及储能等领域。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成，因锂离子电池材料体系及结构特点，锂离子电池在实际使用过程中，可能会存在导致电池温度升高的情况，同时高温会加速锂离子电池中放热反应速度，从而导致热失控，引起安全事故。目前为改善锂离子安全性能，有研究人员从锂离子动力电池组管理系统、锂离子电池冷却系统、锂离子安全结构等方面进行改善。但是锂离子动力电池组管理系统、锂离子电池冷却系统属于治标不治本，开发锂离子安全结构用材料才能从根本上改善锂离子电池安全问题，目前主要有高安全性隔膜、PTC效应涂层、阻燃电解液等方向。

为改善锂离子电池隔膜的安全性能，有文献中公开了一种电压敏感性隔膜，将含聚(3-癸基-噻吩)的氯仿溶液中加入微晶石墨，机械球磨匀浆，得到隔膜改性浆液，浸渍隔膜，干燥后得到电压敏感性隔膜，该隔膜具有可逆过充保护功能，特别是对磷酸铁锂电池起到有效的可逆过充保护作用，但是该隔膜存在自放电程度较大且电压敏感区间较小，限制了其在高能量密度的动力电池中的应用。还有文献中公开了一种具有热封闭性和优良透气性的隔膜，其采用静电纺丝技术将热敏感材料纺丝于基底膜上，干燥后得到二次电池用安全性隔膜，但是该文献中采用静电纺丝技术，存在成本高、工业化难度大等缺点，限制了其应用。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种含有涂覆层的隔膜及含有该隔膜的锂离子电池，所述涂覆层由包括具有核壳结构的导电微球和具有核壳结构的陶瓷微球的混合体系涂覆得到；所述导电微球和所述陶瓷微球均具有核壳结构，即包括壳层和核芯；所述导电微球中，形成所述壳层的材料包括热敏聚合物，形成所述核芯的材料包括导电材料；所述陶瓷微球中，形成所述壳层的材料包括热敏聚合物和导电剂，形成所述核芯的材料包括陶瓷材料。

所述隔膜的涂覆层中，陶瓷微球和导电微球堆积形成堆积层。在锂离子电池受热达到热敏温度区间时，导电微球中热敏聚合物发生相变而释放出内部包覆的导电材料，该导电材料在锂离子电池内部形成微短路，降低锂离子电池电量，改善锂离子电池的安全性能；同时，陶瓷微球表面热敏聚合物开始融化，在所述堆积层中形成连续的阻断层，该阻断层主要由热敏聚合物与导电剂构成，具有阻断锂离子传输、导通电子的作用，能有效改善锂离子电池的安全性能。

为实现上述目的，本发明采用以下的技术解决方案：

一种陶瓷微球，其中，所述陶瓷微球具有核壳结构，即包括壳层和核芯，形成所述壳层的材料包括热敏聚合物和导电剂，形成所述核芯的材料包括陶瓷材料。

根据本发明，所述陶瓷微球可以用于锂离子电池领域，也可以用于半导体领域、涂料领域、其他离子体系的一次电池或二次电池领域。

上述的陶瓷微球的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：

采用液相包覆法或固相包覆法，将包括热敏聚合物和导电剂的形成壳层的材料包覆在包括陶瓷材料的形成核芯的材料表面，制备得到所述陶瓷微球；其中，所述陶瓷微球具有核壳结构，即包括壳层和核芯，形成所述壳层的材料包括热敏聚合物和导电剂，形成所述核芯的材料包括陶瓷材料。

一种隔膜，其中，所述隔膜包括隔膜基层和位于隔膜基层至少一侧表面的涂覆层，所述涂覆层由包括导电微球和上述的陶瓷微球的混合体系在隔膜基层至少一侧表面涂覆得到。