[发明专利]一种含导电层的不对称隔膜、其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂电池隔膜技术领域，更具体地，涉及一种含导电层的不对称隔膜、其制备方法和应用。该不对称隔膜包括依次层叠设置的导电层、多孔层和致密层，所述导电层由热稳定性较好的极性聚合物和导电纳米材料构成，所述多孔层和致密层均由所述极性聚合物构成。所述导电层与多孔层由极性聚合物紧密连接，可有效避免导电层脱落的问题。所述导电层可以降低锂电池的电荷转移阻抗，提高锂电池的循环容量；所述多孔层富含极性基团，可以大量吸收电解液；所述致密层拥有平整的表面，可以诱导锂成核均匀化，从而抑制锂枝晶生长。所述极性聚合物具有优异的热稳定性，以所述极性聚合物为主要成分的不对称隔膜相比聚烯烃隔膜具有更好的热稳定性。

技术领域

本发明属于锂电池隔膜技术领域，更具体地，涉及一种含导电层的不对称隔膜、其制备方法和应用。

背景技术

先进的储能技术是现代生活的内在动力，各种各样的存储技术在能量密度、使用寿命、效率和成本等方面都有很大的差异。由于低成本和方便实用，锂电池已经广泛应用在携式摄像机、移动电话、笔记本电脑以及新能源电动汽车领域。

隔膜作为锂离子电池的关键组件之一，既要防止正极和负极直接接触，又要提供锂离子的传输通道。目前，聚烯烃隔膜是最常见的锂电池隔膜，根据基材不同，可分为聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜和聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合隔膜。由于较低的成本、良好的力学性能、优异的化学稳定性和电化学稳定性等优点，聚烯烃隔膜广泛应用在锂电池中。然而，商业化的聚烯烃隔膜也存在以下问题：(1)非极性的聚烯烃隔膜与极性的电解液亲和性较差，并且具有较低的孔隙率，导致对电解液具有较低的吸收率和保留率，从而导致电池的库伦效率较低；(2)聚烯烃隔膜的热稳定性较差，受热情况下易收缩，易使电池中的正、负极接触而造成短路，从而引发安全事故。

在聚烯烃隔膜表面进行多功能夹层改性、表面接枝改性和表面涂覆改性是改善以上问题常用的方法。例如，专利CN105826580A公开了在聚烯烃隔膜的表面涂覆改性的SPEEK/PP/FCB不对称隔膜；专利CN102544541A公开了在聚烯烃隔膜的表面涂覆改性PSFA/PP/SPEEK不对称隔膜；专利CN207021328U公开了在聚烯烃隔膜的表面涂覆改性的第一保护层/多孔性基底层/第二保护层不对称隔膜。这种表面涂覆改性层可以一定程度上改善聚烯烃隔膜在高温下热收缩情况，从而避免热失控引起的电池燃烧爆炸等安全问题。除此之外，以碳材料为主要成分的表面涂覆改性层还可以加快电子在正极和聚烯烃隔膜界面处的传递速度，减小锂电池的电荷转移电阻，提高活性材料的利用率从而提高锂电池的循环容量。例如，专利CN105261721A公开了一种由导电碳层和高分子基底层组成的不对称隔膜。但是，这种表面涂覆改性层无法从根本上解决聚烯烃隔膜孔隙率低以及热稳定性差的问题,而且以无机材料为主要成分的表面涂覆改性层在电解液中易从聚烯烃隔膜的表面脱落。

同时，对于锂金属电池，无序生长的锂枝晶也是需要考虑的问题。严重的锂枝晶会导致电池难以稳定的工作，最终可能刺穿隔膜使正负极直接接触，进而导致热失控并引发火灾甚至爆炸。目前，抑制锂枝晶生长的策略主要分为以下三类：(1)在电解液中添加成膜添加剂和沉积添加剂；(2)在锂金属表面构建复合结构集流体；(3)使用骨架材料，将锂束缚在骨架中。以上抑制锂枝晶生长的策略主要集中在电解液和锂金属方面，通过改性隔膜从而抑制锂枝晶生长的策略相对较少。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种电池界面阻抗小、热稳定性高、孔隙率高且能抑制锂枝晶生长的隔膜。

为实现上述目的，本发明提供了一种含导电层的不对称隔膜，其包括依次层叠设置的导电层、多孔层和致密层，所述导电层含有第一极性聚合物和导电材料；所述多孔层和致密层均包含第二极性聚合物；所述第一极性聚合物和第二极性聚合物材料相同或不同；

该不对称隔膜工作时，其导电层面向电池正极一侧，所述致密层面向电极负极一侧。