[发明专利]一种锂离子电池多层复合隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池多层复合隔膜及其制备方法。多层复合隔膜包括若干个功能层和聚烯烃层；所述聚烯烃层设置在相邻两个功能层之间。其中，功能层包括以下质量百分数的原料，聚烯烃80～100%、LATP纳米颗粒0～20%；多层复合隔膜的厚度为5～60μm，多层复合隔膜的微孔结构体积占比分数为30～70%，微孔孔径为30～100nm。该多层复合隔膜可通过湿法或干法工艺复合得到，制备得到的多层复合隔膜自带锂离子，可有效提高电池能量密度，提高隔膜的机械强度；隔膜内部形成类似千层饼的曲折结构可阻止锂枝晶的形成，从而避免锂枝晶刺穿锂离子电池隔膜，引发电池短路，出现爆炸燃烧等安全事故。

技术领域

本发明涉及锂电池隔膜技术领域，具体为一种锂离子电池多层复合隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池包括正极、负极、隔膜及电解液等四大材料。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜主要是以聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。目前常用锂离子电池采用锂离子电池隔膜和大量含有锂离子的电解液。随着电池多次循环充放电，会形成一些锂枝晶，可能会刺穿锂离子电池隔膜，引发电池短路，出现爆炸燃烧等安全事故。需要开发一种安全性能更高的隔膜材料，是锂离子电池隔膜材料技术发展的迫切需求。

磷酸钛铝锂：LiAl_xTi_2-x(P0₄)₃ ，简称LATP。这种富锂无机材料引入锂离子电池隔膜制备过程，可以提高锂电池的许多性能。目前，国内关于LATP应用于锂离子电池隔膜制备过程中的研究罕见有文献报道。

现有技术中还存在以下缺陷和不足：目前常用锂离子电池多采用锂离子电池隔膜和大量含有锂离子的电解液。随着电池多次循环充放电，会形成一些锂枝晶，可能会刺穿锂离子电池隔膜，引发电池短路，出现爆炸燃烧等安全事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池多层复合隔膜及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种锂离子电池多层复合隔膜，所述多层复合隔膜为三层结构，自上而下依次为功能层、聚烯烃层、功能层；

进一步的，所述功能层包括以下质量分数的原料，聚烯烃80～100%、LATP纳米颗粒0～20%。

进一步的，单层功能层厚度为多层复合隔膜总厚度的1/4，所述聚烯烃层厚度为多层复合隔膜总厚度的1/2。

进一步的，所述多层复合隔膜的厚度为5～60μm、透气度为50～500 S/100ml；所述多层复合隔膜的微孔结构体积占比分数为30～70%，微孔孔径为30～100nm。

进一步的，所述LATP纳米颗粒的粒径为10～100nm。

LATP纳米颗粒具有诸多优点，其电导率较高，与Li接触时具有良好的化学稳定性，本发明将LATP纳米颗粒作为锂电池隔膜的添加成分，可提高锂电池的化学稳定性。本发明中还将LATP纳米颗粒与聚烯烃混合，制作三层复合隔膜，发挥LATP无机粒子的优势，大幅度提升隔膜的机械强度。

本发明在制备多层复合隔膜的过程中限定了隔膜的孔径和LATP纳米颗粒的粒径，当LATP纳米颗粒粒径与隔膜孔径相当或比其略小时，LATP纳米颗粒可以均匀分布在隔膜微孔内部，再经过铸片低温急冷处理后，隔膜内部可形成曲折度较大的类似千层饼的曲折结构，该曲折结构可保护LATP纳米颗粒在多层复合隔膜制备过程中和锂离子电池使用过程中不发生逃逸，从而避免LATP纳米颗粒随着电池多次循环充放电，形成锂枝晶，刺穿锂离子电池隔膜，引发电池短路，出现爆炸燃烧等安全事故。

一种锂离子电池多层复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：