[发明专利]复合隔膜及其应用

说明书

本发明公开了一种复合隔膜及其应用，其中，所述复合隔膜包括：隔膜基体和活性锂源涂层，所述活性锂源涂层设在所述隔膜基体上，并且所述活性锂源涂层包括纳米活性锂源、纳米催化剂、陶瓷电解质和粘结剂。由此，实现了电池安全性提升、补锂以及提升隔膜电导率的多重效果。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种复合隔膜及其应用。

背景技术

锂离子电池比能量高、功率性能优良、循环寿命长、充放电无记忆效应，应用领域越来越广泛。随着新能源汽车产业的发展，锂离子电池作为动力电池的需要日益迫切，其对能量密度和安全性的要求也越来越高。

锂离子电池主要由正极、隔膜、负极、有机电解液，其充放电过程是一个受控的电化学过程，通过隔膜将参与反应的正负极材料隔开，从而实现对反应过程的控制。当电池发生故障导致隔膜收缩或者受损，将会使得正负极直接接触，从而引发电化学反应失控，最终导致电池燃烧甚至爆炸。因此，隔膜材料的稳定性对电池安全影响至关重要，商业上通过表面涂覆高熔点的无机陶瓷材料，可以显著提高隔膜抗热收缩性能，保证电池安全性。

随着用户端对电池能量密度要求越来越高，电池设计不断往极限方向发展，高比容量的正极材料逐步走向应用，但此类材料是以牺牲材料稳定性及安全性的前提来实现的；同时隔膜材料厚度、重量不断被压缩，也将导致安全隐患增大。尽管通过在隔膜表面涂布惰性无机陶瓷材料可以提升隔膜热稳定性，但是陶瓷涂层降低了隔膜的孔隙率且其自身无离子导电性，对整体的离子传输性能有负面影响，对电池的功率性能、倍率性能不利。

另一方面，新型负极材料如纳米硅、氧化亚硅，具有远高于常规石墨比容的巨大优势，开始逐步走向应用。但是，这类材料普遍存在首次库伦效率低的问题，会在首次充电时消耗部分活性锂离子，形成不可逆的SEI层，导致电池实际能量密度不达标。为此，补锂技术应用而生，包括正极补锂和负极补锂。但是，负极补锂采用的是单质态的金属锂，包括锂粉、锂箔，由于锂化学活性非常高，存在巨大的安全隐患。正极补锂材料比容量普遍偏低，实际补锂效果非常有限，且残留物会影响正极片微结构，对产品一致性、均匀性有不利影响。

专利(申请号201710949412.3)公开了一种双层隔膜设计，两层隔膜之间包含活性锂层，锂层材质为金属锂或锂合金，从而通过这种特殊隔膜来实现补锂的作用，但金属量或锂合金安全风险高。

专利(申请号201810568758.3)公开了一种补锂复合隔膜的制备方法，在基膜正极侧涂覆涂胶层，负极侧涂覆富含无机锂盐的补锂浆料，其锂源为常规的各种无机锂盐，包括碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂、氟化锂等，但是这些锂盐的氧化电位通常都是高于电解液的分解电位，在不使用特殊催化剂的作用下，根本无法释放出活性的锂离子。

专利(申请号201920394809.5)公开了一种富锂的锂离子电池隔膜，其采用微米级别碳酸锂涂布隔膜实现补锂效果，但是实际面临上述同样问题，即这些锂盐的氧化电位都是高于电解液的分解电位，在没有催化剂参与的情况下很难无法发挥活性。

专利(申请号201610551220.2)公开了一种补锂复合隔膜、制备方法及应用，将金属锂粉涂覆在陶瓷隔膜的陶瓷面，直接采用锂粉做锂源，安全风险较高。

专利(申请号201810717563.0)公开了一种导电陶瓷复合隔膜，在多孔基膜一侧或两侧涂覆导电陶瓷复合涂层，提升了陶瓷隔膜的离子电导率，特别是通过高分子接枝改性，改善了微孔连通结构，有利于锂离子扩散。但是陶瓷涂覆会导致隔膜孔隙率下降，影响电解液的浸润性。另一方面，尽管陶瓷电解质相对于惰性陶瓷，具有离子导电性，但是陶瓷电解质的电导率相对于电解液仍然不具有优势，因此，在考虑陶瓷涂层对复合隔膜-电解液整体性能时，涂覆陶瓷涂层后，整体的离子传导性能是变差的，这也是为什么固态电池迟迟未量产、半固态电池中必须加电解液润湿界面的原因所在。

因此，现有锂离子电池的复合隔膜有待改进。

发明内容