[发明专利]一种锂离子电池隔膜

说明书

一种锂离子电池隔膜，包括基材和修饰层，其特征在于：所述修饰层为无机涂层，无机涂层由第一颗粒层和第二颗粒层构成，第一颗粒层具有第一粒径r，第二颗粒层具有第二粒径r’，其中粒径r和r’满足以下关系：第一颗粒为勃母石、氧化铝、氧化钛、氧化钙、氧化锌、氧化铜和氧化锰中的至少一种或者多种；第二颗粒为天然有机颗粒，所述第二颗粒由天然有机壳体制备，所述天然有机壳体选自蛋壳、贝壳；通过采用第一颗粒层和第二颗粒层结合，形成一体的锂电池隔膜材料，无机材料不脱落，较传统的无机改性锂离子电池隔膜而言具有稳定性高、耐高温性能强的技术效果。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池隔膜，具体地涉及一种无机颗粒修饰的高性能锂离子电池隔膜及应用和其制备方法。

背景技术

锂离子电池主要由正/负极材料、电解质、隔膜及电池外壳包装材料组成。隔膜是锂离子电池的重要组成部分,用于起着分隔正、负极,防止电池内部短路,允许锂离子自由通过,完成电化学充放电过程的作用。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的倍率性能、循环性能以及安全性能(耐高温性能)等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用,被业界称为电池的/第三电极。

现阶段大规模使用的隔膜为单层聚乙烯(PE)、单层聚丙烯(PP)、PP/PE/PP三层隔膜等。由于聚烯烃材料的热塑性,当电池温度升高或局部过热时,聚烯烃材料会发生收缩与破裂,使得电池正、负极直接接触,发生短路,严重影响电池的安全性能。为此,在聚烯烃材料一侧或两侧涂覆陶瓷颗粒,可以改善隔膜在高温下的收缩现象,提高隔膜的耐高温性能。

如J.Power Sources，2017,348:80-86中提到：通过勃母石颗粒修饰的PE隔膜，从而提高了电池隔膜的热稳定性和电化学性能。但其采用的无机粒子颗粒为350nm，难以得到较薄的涂层。在涂覆陶瓷颗粒的同时,陶瓷颗粒也不宜太小，否则会堵塞多孔隔膜表面的孔隙,从而阻断了离子传导通道,使得电池的容量和循环寿命都有明显损失。

又如CN109860478 A公开了：有机-无机复合隔膜材料的制备方法及其产品和应用，用Al2O3涂覆植物纤维素，以秸秆中提取出来的植物纤维素为原料，用旋涂法制备纤维素隔膜，然后在制好的隔膜上涂覆一层Al2O3陶瓷材料。然而纤维素作为植物纤维耐高温性能有限，难以保证锂离子电池的高性能要求，并且由于氧化铝陶瓷材料颗粒之间的缝隙过大难以具备优良的隔膜性能。

又如CN105161656 A公开了：一种锂离子电池用聚丙烯隔膜及其制备方法，所述隔膜由以下物质制备而成：60-70重量份的聚丙烯，5-10重量份的丙烯酸乙烯酯，5-10重量份的天然纤维素浆料，3-5重量份的角蛋白，1-3重量份的乙二醇二缩水甘油醚，3-5重量份的褐藻提取物，1-3重量份的纳米无机填料，1-3重量份的贻贝壳粉，1-3重量份的埃洛石纳米管；3-5重量份的硅烷偶联剂。然而其采用众多的有机物改性剂，然而这些改性剂会降低隔膜的耐高温性能，以及过多的改性剂会堵塞隔膜空隙。

又如CN106025150 A公开了：采用鸡蛋膜制备的电池隔膜，然而该隔膜难以保证其质量，鸡蛋膜难以批量和规模化生产，且工艺难以统一，难以得到质量均一的产品。

又如CN109244318 A公开了：一种多孔文石结构微米片的制备方法，其从天然贝壳壳体中分离出单层多孔文石结构微米片，并进一步将其应用于隔膜。然而该隔膜同样需要较多的改性剂以及粘结剂，较多的改性剂和粘结剂的使用降低了隔膜的可靠性以及过多的粘结剂降低了隔膜的空隙。

又如KR20180007908 A公开了：一种用于锂电池的隔膜，其具有多孔基材和多孔涂层，其采用鸡蛋膜和碳纤维构成的纤维制品形成，具有比较大的锂离子传输能力还具有无机颗粒，但其同样采用了粘合剂，并且将粘合剂聚合物固定在多孔基材和无机颗粒之间，这使得其耐高温性能降低，以及可能堵塞膜孔。

发明内容