[发明专利]锂离子电池隔膜及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法和锂离子电池。该锂离子电池隔膜包括基膜和设置在所述基膜至少一个表面上的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括第一类颗粒和第二类颗粒，第一类颗粒含有陶瓷颗粒和聚合物锂盐，陶瓷颗粒和聚合物锂盐通过化学基团连接。该锂离子电池隔膜表面的陶瓷涂层通过具有聚合物锂盐修饰的第一类颗粒和未修饰的第二类颗粒的配合使用，使隔膜具有低阻抗性，而且可吸附正极溶出的金属离子的作用，避免正极金属离子在负极析出，从而提高了电池性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量大、比功率大、工作温度范围宽、没有记忆效应以及存储时间长等众多优点，已被广泛应用于手机、笔记本电脑、动力工具和汽车等众多领域。锂离子电池随着能量密度的不断增加，越来越容易发生热失控，其安全风险也随之越来越大。隔膜作为电芯四大主材之一，起着隔离正负极，传导锂离子的作用，对电芯的安全和输出特性起着至关重要的作用。

目前被广泛应用隔膜主要有聚乙烯(PE)隔膜和聚丙烯(PP)隔膜。聚乙烯和聚丙烯的熔点分别只有135℃和165℃，因此这些材料的隔膜的热稳定性很差，在电芯发生安全事项时难以承受瞬间的高温而至熔融，使正负极发生短路，从而进一步加剧电芯发生热失控，最终产生安全事故。为了弥补聚乙烯和聚丙烯的这一缺陷，改善隔膜的耐热性能，人们发明了陶瓷隔膜，即通过在聚乙烯或聚丙烯隔膜两侧涂敷陶瓷涂层，来进一步改善隔膜的耐热性能。LG化学和Celgard都报道了陶瓷涂敷隔膜，其显著改善了隔膜的热稳定性。然而当在PE或PP隔膜上涂敷陶瓷涂层时，由于陶瓷涂层的存在会增加隔膜整体的阻抗，从而增加极化，影响电池输出特性；另外正极容易在HF等的作用下腐蚀引发正极金属离子溶解，而溶解的金属离子在充电过程中在负极析出，进而劣化锂电池性能，更严重者会进一步刺穿隔膜而引发安全问题，而传统的隔膜对此缺乏相应的防御机制。

因此开发更高性能的陶瓷隔膜对进一步改善电池的可靠性和安全性具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池隔膜及其制备方法和锂离子电池，旨在解决陶瓷涂层阻抗高，不能有效吸附正极溶出的金属离子的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种锂离子电池隔膜，包括基膜和设置在所述基膜至少一个表面上的陶瓷涂层，陶瓷涂层包括第一类颗粒和第二类颗粒，第一类颗粒含有陶瓷颗粒和聚合物锂盐，陶瓷颗粒和聚合物锂盐通过化学基团连接。

本发明提供的离子电池隔膜中，基膜表面上的陶瓷涂层含有第一类颗粒和第二类颗粒，将具有聚合物锂盐修饰的第一类颗粒和未修饰的第二类颗粒进行搭配使用，可以提高锂离子电池隔膜的离子电导率，从而降低该锂离子电池隔膜整体阻抗，而且在第一类颗粒中，聚合物锂盐是通过化学基团连接在陶瓷颗粒表面，化学基团中的化学键将聚合物锂盐牢固、稳定的连接到陶瓷颗粒上，可以避免了聚合物锂盐在陶瓷涂层制备过程中由于溶剂的作用从陶瓷颗粒表面解吸而脱落到陶瓷颗粒的空隙中，因此这样的连接方式使该锂离子电池隔膜具有很好的透气性。将该离子电池隔膜用在电池中时，其中的聚合物锂盐具有吸附正极溶出的金属离子的作用，当正极由于腐蚀作用发生溶解产生的金属离子穿过该锂离子电池隔膜时，能够与第一类颗粒中的聚合物锂盐发生离子交换，而被吸附于该陶瓷涂层中，这样可以避免正极金属离子在负极析出，从而提高了电池性能。

在一个实施例中，第一类颗粒中的陶瓷颗粒通过-O-CO-、-N-CO-和-O-Si-中的至少一种化学基团与聚合物锂盐连接。通过上述化学基团，聚合物锂盐能稳定地接枝到陶瓷颗粒表面，使膜整体阻抗不易受到影响。因聚合物锂盐化学键接枝到陶瓷颗粒上后，可以在陶瓷颗粒的表面稳定存在，作为颗粒的一部分不会影响颗粒堆积过程中空隙的形成，从而阻抗稳定。而如果聚合物锂盐只是简单的物理吸附在陶瓷颗粒表面，则非常容易在涂布过充中与陶瓷颗粒发生解吸，而脱落到颗粒堆积形成的空隙中，从而大大降低了隔膜的透气性。