CN114696040A - 一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114696040A
CN114696040A CN202210611175.0A CN202210611175A CN114696040A CN 114696040 A CN114696040 A CN 114696040A CN 202210611175 A CN202210611175 A CN 202210611175A CN 114696040 A CN114696040 A CN 114696040A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coating
lithium ion
polymer electrolyte
organic polymer
ion battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210611175.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114696040B (zh
Inventor
庄浩然
李昆良
赵中雷
贾相奇
赵佳佳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhu Mingzhu Diaphragm Technology Co ltd
Cangzhou Mingzhu Separator Technology Co ltd
Original Assignee
Wuhu Mingzhu Diaphragm Technology Co ltd
Cangzhou Mingzhu Separator Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhu Mingzhu Diaphragm Technology Co ltd, Cangzhou Mingzhu Separator Technology Co ltd filed Critical Wuhu Mingzhu Diaphragm Technology Co ltd
Priority to CN202210611175.0A priority Critical patent/CN114696040B/zh
Publication of CN114696040A publication Critical patent/CN114696040A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114696040B publication Critical patent/CN114696040B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。锂离子电池隔膜包括基材和涂覆在基材表面的至少一层陶瓷涂层以及至少一层有机聚合物电解质涂层，有机聚合物电解质涂层为碱金属阳离子聚合物涂层，且锂离子电池隔膜的透气值＞5000s/100ml，隔膜阻抗<2.0Ω*cm2。有机物涂层与无机物涂层厚度比1：1‑1：6，有机物涂层与无机物涂层重量比2：3‑1：9。上述的锂离子电池隔膜，采用碱金属阳离子聚合物涂层作为有机物涂层，陶瓷涂层为无机物涂层，并且满足以上透气值和阻抗的隔膜可使电池反应产生的气体无法快速通过隔膜，锂离子可以正常传输，从而提高电池的循环寿命和安全性能。

Description

一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。
背景技术
高镍三元锂离子电池在循环使用过程中由于电化学反应会有气体产生，正极副反应会产生氧气等气体，负极副反应会产生氢气等气体。由于电池壳体有排气阀的设计，所以一般情况下会将气体及时排出。
当电池内部出现微短路、或者受到挤压、碰撞、针刺等外界条件刺激时，电池内部的反应会瞬时加剧，产生的气体也会瞬时增加。由于传统的聚烯烃隔膜透气性好，过量的气体由于无法及时排出而在电池正负极片之间进行传导，当氢气与氧气在高温下混合后会立即发生燃烧爆炸等现象。该现象为三元锂电池容易起火爆炸的主要原因。
如何有效提高高镍三元锂离子电池安全性是本领域一直追求的目标。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。
本发明是这样实现的:
本发明提供一种锂离子电池隔膜，锂离子电池隔膜包括基材和涂覆在基材表面的至少一层陶瓷涂层以及至少一层有机聚合物电解质涂层，有机聚合物电解质涂层为碱金属阳离子聚合物涂层，且锂离子电池隔膜的透气值＞5000s/100ml，隔膜阻抗<2.0 Ω*cm2；
锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层；
或，锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及涂覆在基材另一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层；
或，锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及涂覆在基材另一侧的有机聚合物电解质涂层；
或，锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及涂覆在基材另一侧的陶瓷涂层；
或，锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的陶瓷涂层以及另一侧的有机聚合物电解质涂层。
本发明还提供一种通过上述的锂离子电池隔膜的制备方法，其包括：在基材的至少一侧涂布涂覆层，涂覆层包括陶瓷涂层和有机聚合物电解质涂层。
本发明还提供一种上述锂离子电池隔膜在制备锂离子电池中的应用。
本发明具有以下有益效果:
本发明提供了一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。锂离子电池隔膜包括基材和涂覆在基材表面的至少一层陶瓷涂层以及至少一层有机聚合物电解质涂层，有机聚合物电解质涂层为碱金属阳离子聚合物涂层，且锂离子电池隔膜的透气值＞5000s/100ml，隔膜阻抗<2.0 Ω*cm2。上述的锂离子电池隔膜，采用碱金属阳离子聚合物涂层作为有机聚合物电解质涂层，该有机聚合物电解质涂层能够良好地与极片融合，形成钝化层，同时阻隔气体穿梭，减少副反应的发生。陶瓷涂层可以提高电解液浸润性及耐温性，在电池充放电过程中可以保持涂层的完整性，同时，上述的锂离子电池隔膜的透气值＞5000s/100ml，隔膜阻抗<2.0 Ω*cm2，可使电池反应产生的气体无法快速通过，但是锂离子正常传输，可以进一步保证电池的循环寿命和安全性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例提供一种锂离子电池隔膜，锂离子电池隔膜包括基材和涂覆在基材表面的至少一层陶瓷涂层以及至少一层有机聚合物电解质涂层，有机聚合物电解质涂层为碱金属阳离子聚合物涂层，且锂离子电池隔膜的透气值＞5000s/100ml，隔膜阻抗<2.0 Ω*cm2。
电池因自身原因或受到外界环境刺激时会发生微短路或者强短路的现象，该现象会造成电池发生副反应产生气体。正极产氧气类气体，负极产氢气类气体。微短路状态下电池的排气设计会将气体排出，而强短路下气体无法快速排出。传统隔膜透气性良好，在遭遇强短路情况时，气体来不及完全排出而在正负极片间穿梭，氢气氧气等易燃气体在高温下混合时会发生燃烧爆炸。
如何有效减少氢气氧气等易燃气体高温下混合时发生燃烧爆炸的几率，提高锂离子电池的安全性，发明人经长期实践，提供一种锂离子电池隔膜，包括基材和涂覆在基材表面的至少一层陶瓷涂层以及至少一层有机聚合物电解质涂层，并且采用碱金属阳离子聚合物涂层作为有机物涂层，有机物涂层可以与极片融合，并形成钝化层，同时阻隔气体穿梭，可以有效地减少电解液与极片界面发生副反应，同时与极片良好的贴合，提升电芯的平整度，有效地改善电芯的电性能、安全性能。同时，有机物涂层中的锂可以充当少量锂源，提升电池首效。无机陶瓷涂层则可以提高电解液浸润性及耐温性，在电池充放电过程中可以保持涂层的完整性。
同时，本发明实施例提供的锂离子电池隔膜的透气值＞5000s/100ml，隔膜阻抗<2.0 Ω*cm2，所提供的隔膜透气性很高，电池在遭遇强短路时，气体不会在正负极片间穿梭，而是留在一侧给电芯留出足够的排气时间，这样即使电芯会发生鼓胀也不会发生燃烧爆炸的现象，从而减少了热失控的发生。并且隔膜的低阻抗保证了电池的正常循环和安全寿命，是一种解决现有高镍三元安全性的有效手段。由此可见，满足以上透气值和阻抗的隔膜可使电池反应产生的气体无法快速通过，锂离子可以正常传输，从而提高电池的循环寿命和安全性能。
在可选的实施方式中，锂离子电池隔膜的透气值＞8000s/100ml，涂层阻抗为0.4-0.8Ω*cm2。
在可选的实施方式中，有机聚合物电解质涂层与陶瓷涂层的厚度为0.4-6μm，有机聚合物电解质涂层与陶瓷涂层的厚度比为1：1-1：6，有机聚合物电解质涂层与陶瓷涂层的重量比为2：3-1：9；
优选地，陶瓷涂层与有机聚合物电解质涂层的厚度比为1：2-1：3，陶瓷涂层与得到有机聚合物电解质涂层的重量比为1：3-2：9。
在可选的实施方式中，有机聚合物电解质涂层由有机聚合物电解质和水混合得到有机物涂料涂覆而成；
优选地，有机聚合物电解质包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯磺酸锂、丙烯酸酯共聚物或者混合物，聚甲基丙烯磺酸锂/钠聚合物或者混合物，聚丙烯腈，丙烯酸M共聚物，且M包含锂、钠、钾中的一种或几种碱金属；
优选地，有机聚合物电解质涂料的固含量为10-40%，更优选为15-25%。
在可选的实施方式中，陶瓷涂层由陶瓷颗粒、水性粘结剂、润湿剂和水混合得到无机物涂料涂覆而成；
优选地，陶瓷颗粒包括纳米级氧化铝、氮化铝、氢氧化铝、氧化钕、氢氧化镁、勃姆石和二氧化硅中的一种或几种，且陶瓷颗粒的粒径为0.15-5μm，更优选为0.4-1.2μm；
优选地，陶瓷颗粒的用量占无机物涂料总质量的65-95%，更优选为80-90%；
优选地，水性粘结剂包括聚丙烯酸丁酯、丙烯腈、聚酰亚胺类、聚甲基丙烯酸甲酯、聚芳香族改性聚合物和交联树脂中的一种或几种；
优选地，水性粘结剂的用量占无机物涂料总质量的2-10%，更优选为4-8%；
优选地，润湿剂包括琥珀酸、氟代烷基甲氧基醚醇、聚丙烯酸钠、炔二醇乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚和聚醚改性硅氧烷中的一种或几种；
优选地，润湿剂的用量占无机物涂料总质量的0.5%-5%，更优选为1-3%。
在可选的实施方式中，基材选自聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯、无纺布、聚酰亚胺中的一种或几种聚烯烃多孔膜；
优选地，基材的孔隙率为30-70%，更优选为45-60%。
在可选的实施方式中，锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层；
优选地，锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及涂覆在基材另一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层；
优选地，锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及涂覆在基材另一侧的有机聚合物电解质涂层；
优选地，锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及涂覆在基材另一侧的陶瓷涂层；
更优选地，锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的陶瓷涂层以及另一侧的有机聚合物电解质涂层。
本发明实施例还提供一种上述锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：在基材的至少一侧涂布涂覆层，涂覆层为陶瓷涂层和有机聚合物电解质涂层。
在可选的实施方式中，将陶瓷颗粒、水性粘结剂、润湿剂和水混合得到无机物涂料，在涂布温度为45-75℃下涂布得到陶瓷涂层，将有机聚合物电解质和水混合得到有机物涂料，在涂布温度为40-80℃下涂布得到有机聚合物电解质涂层，然后将陶瓷涂层和有机聚合物电解质分别涂布于基材上。
在可选的实施方式中，有机聚合物电解质涂层与陶瓷涂层的涂覆方式为微凹版涂覆，线棒式涂覆，窄缝式涂覆中的一种或几种。
本发明实施例还提供一种锂离子电池隔膜在制备锂电池上的应用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明实施例提供一种锂离子电池隔膜，锂离子电池隔膜包括基材和涂覆在基材至少一侧的涂覆层，涂覆层包括陶瓷涂层和有机聚合物电解质涂层，有机聚合物电解质涂层为碱金属阳离子聚合物涂层，且锂离子电池隔膜的透气值＞5000s/100ml，隔膜阻抗<2.0Ω*cm2。
以上提供的锂离子电池隔膜，其涂层结构包括：
（1）在基材的一侧设置有机聚合物电解质涂层，另一侧设置陶瓷涂层；
（2）在基材的一侧依次设置有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层；
（3）在基材的一侧设置有机聚合物电解质涂层，另一侧依次设置有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层；
（4）在基材的一侧设置陶瓷涂层，另一侧依次设置有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层；
（5）在基材的一侧依次设置有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，另一侧依次设置有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层。
其中，依次设置是指设置的前后顺序，如依次设置有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层是指有机聚合物电解质涂层位于基材和陶瓷涂层之间。
具体的，涂层结构可如下表1所示：
表1
Figure P_220531144032616_616363001
同时，本发明实施例还提供一种上述锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
陶瓷涂层制作步骤如下：
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30min，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-90min，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散10-50min，得到分散液Ⅲ；
E、向分散液Ⅲ中加入水性粘合剂，搅拌30-60min，得到混合液Ⅳ；
F、将混合液Ⅳ通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20min后用250目滤网过滤，得到最终浆料。
G、将所得浆料通过微凹版涂布于聚烯烃微孔膜一面，涂布温度：55℃、60℃、65℃、60℃、58℃， 得到复合膜a。
有机聚合物电解质涂层制作步骤如下：
A、将采购的聚合物电解质材料与水均匀混合，搅拌30-120min，得到混合物Ⅰ；
B、将混合物Ⅰ通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20min后用250目滤网过滤，得到最终浆料Ⅱ；
C、将所得浆料Ⅱ通过微凹版涂布于复合膜a的另一面，涂布温度：60℃、65℃、70℃、60℃，55℃，干燥后得到复合膜b。
将以上的制备的陶瓷涂层a或有机聚合物电解质涂层b，按照表1所示的形式涂敷于基材x上。
实施例1
一种锂离子电池隔膜，包括基材、位于基材一侧的陶瓷涂层，以及位于基材另一侧的有机聚合物电解质涂层，其中，基材的组成为聚乙烯，厚度为9μm，陶瓷涂层的组成为氧化铝，厚度为1μm，有机聚合物电解质涂层的组成为聚丙烯酸钠，厚度为1μm，其规格记为：1+9+1。
实施例2
一种锂离子电池隔膜，包括基材、位于基材一侧的陶瓷涂层，以及位于基材另一侧的有机聚合物电解质涂层，其中，基材的组成为聚乙烯，厚度为9μm，陶瓷涂层的组成为氢氧化铝，厚度为2μm，有机聚合物电解质涂层的组成为聚偏氟乙烯-六氟丙烯磺酸锂，厚度为1μm，其规格记为：1+9+2。
实施例3
一种锂离子电池隔膜，包括基材、位于基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及位于基材另一侧的陶瓷涂层，其中，基材的组成为聚乙烯，厚度为9μm，位于基材一侧的有机聚合物电解质涂层的组成为聚甲基丙烯磺酸钾，厚度为1μm，陶瓷涂层的组成为氢氧化镁，厚度为3μm，位于基材另一侧的陶瓷涂层的组成为氢氧化镁，厚度为3μm，其规格记为：3+1+9+3。
实施例4
一种锂离子电池隔膜，包括基材、位于基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及位于基材另一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，其中，基材的组成为聚乙烯，厚度为9μm，位于基材一侧的有机聚合物电解质涂层的组成为聚丙烯酸锂，厚度为2μm，陶瓷涂层的组成为勃姆石，厚度为2μm，位于基材另一侧的有机聚合物电解质涂层的组成为聚丙烯酸锂，厚度为1μm，陶瓷涂层的组成为勃姆石，厚度为3μm，其规格记为：2+2+9+1+3。
实施例5
一种锂离子电池隔膜，包括基材、位于基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，其中，基材的组成为聚乙烯，厚度为9μm，位于基材一侧的有机聚合物电解质涂层的组成为聚丙烯酸锂，厚度为2μm，陶瓷涂层的组成为勃姆石，厚度为2μm，其规格记为：2+2+9。
实施例6
一种锂离子电池隔膜，包括基材、位于基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及位于基材另一侧的有机聚合物电解质涂层，其中，基材的组成为聚乙烯，厚度为9μm，位于基材一侧的有机聚合物电解质涂层的组成为聚丙烯酸锂，厚度为2μm，陶瓷涂层的组成为勃姆石，厚度为2μm，位于基材另一侧的有机聚合物电解质涂层的组成为聚丙烯酸锂，厚度为1μm，其规格记为：2+2+9+1。
对比例1
一种锂离子电池隔膜，包括基材和位于基材一侧的陶瓷涂层，其中，基材的组成为聚乙烯，厚度为9μm，陶瓷涂层的组成为氧化铝，厚度为4μm，其规格记为：12+4。
对比例2
一种锂离子电池隔膜，包括基材、一侧的陶瓷涂层和聚合物涂层以及另一侧的聚合物涂层，其中，基材的组成为聚乙烯，厚度为9μm，一侧的陶瓷涂层和聚合物涂层组成为：勃姆石/聚偏氟乙烯-六氟丙烯，厚度分别为3μm和1μm，另一侧的聚合物涂层为聚偏氟乙烯-六氟丙烯，厚度为1μm，其规格记为：1+9+3+1。
测试结果
按照上述方法制备得到的实施例和对比例的锂离子电池隔膜，其规格和测试结果参见表2(实施例涂层主要列举有机聚合物涂层成分)。
表2
Figure P_220531144032663_663224001
将对比例与实施例分别制备成2000mAh三元软包锂电池，进行挤压穿刺等安全性能评测，测试结果参见表3(正极：镍钴锰酸锂，532体系；负极：石墨)。
表3
Figure P_220531144032710_710105001
结合表2、3分析可得：传统隔膜虽然可以保持较高的充放电循环性能，但由于传统隔膜的涂布材料及方式无法达到透气值超过5000s/100ml，阻抗低于2.0Ω*cm2的水平，因此在受到严苛的挤压、针刺等外界破坏力时，电芯会迅速起火、爆炸，无法通过相关性能测试。而采用本发明实施例提供的锂离子电池隔膜，由于基材上涂布的涂料和透气值＞5000s/100ml，隔膜阻抗<2.0 Ω*cm2，当电芯受到严苛的挤压、针刺等外界破坏力时，可有效减缓气体在正负极片之间的穿梭，避免了易燃易爆气体的迅速接触，从而只引起电芯的冒烟或无冒烟等现象，极大的提高了电芯的安全性能。
以上述实施例2制备得到的锂离子电池隔膜制作锂离子电池，测试其充放电情况如表4所示。
表4
Figure P_220531144032778_778921001
从表4可以看出，隔膜通过实施例2涂布制成的电芯，充放电曲线的趋势及稳定性良好，表明涂层不会影响电池的充放电及循环性能。
综上，本发明实施例提供了一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。锂离子电池隔膜包括基材和涂覆在基材表面的至少一层陶瓷涂层以及至少一层有机聚合物电解质涂层，且有机聚合物电解质涂层为碱金属阳离子聚合物的水性浆料经涂布形成的涂层，锂离子电池隔膜的透气值＞5000s/100ml，隔膜阻抗<2.0 Ω*cm2。上述的锂离子电池隔膜，电解质涂层面可以使隔膜透气值超过5000s/100ml，气体通过隔膜孔径的阻力很大，可以有效阻止电池在受到挤压、针刺等外界强破坏力时，电芯因正负极产生的气体混合而造成燃烧爆炸，从而极大地提高隔膜在恶劣条件下的安全性。隔膜阻抗小于2.0Ω*cm2，表明锂/钠离子可以正常传输，不影响电池的使用性能。同时，碱金属阳离子聚合物中的锂/钠可以充当少量能源，提高电池首效。而陶瓷涂层可以提高电解液浸润性及耐温性，在电池充放电过程中可以保持涂层的完整性，从而进一步提高电池的循环寿命和安全性能。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池隔膜，其特征在于，所述隔膜包括基材和涂覆在基材表面的至少一层陶瓷涂层以及至少一层有机聚合物电解质涂层，所述有机聚合物电解质涂层为碱金属阳离子聚合物涂层，且所述锂离子电池隔膜的透气值＞5000s/100ml，隔膜阻抗<2.0 Ω*cm2；
所述锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层；
或，所述锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及涂覆在基材另一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层；
或，所述锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及涂覆在基材另一侧的有机聚合物电解质涂层；
或，所述锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的有机聚合物电解质涂层和陶瓷涂层，以及涂覆在基材另一侧的陶瓷涂层；
或，所述锂离子电池隔膜的结构为：基材、涂覆在基材一侧的陶瓷涂层以及另一侧的有机聚合物电解质涂层。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述锂离子电池隔膜的透气值＞8000s/100ml，涂层阻抗为0.4-0.8Ω*cm2。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述有机聚合物电解质涂层的厚度为0.4-6μm，所述有机聚合物电解质涂层与所述陶瓷涂层的厚度比为1：1-1：6，所述有机聚合物电解质涂层与所述陶瓷涂层的重量比为2：3-1：9。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述有机聚合物电解质涂层由有机聚合物电解质和水混合得到有机物涂料涂覆而成；
所述有机聚合物电解质包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯磺酸锂、丙烯酸酯共聚物或者混合物，聚甲基丙烯磺酸锂/钠聚合物或者混合物，聚丙烯腈，丙烯酸M共聚物，且M包含锂、钠、钾中的一种或几种碱金属；
所述有机聚合物电解质涂料的固含量为10-40%。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述陶瓷涂层由陶瓷颗粒、水性粘结剂、润湿剂和水混合得到无机物涂料涂覆而成；
所述陶瓷颗粒包括纳米级氧化铝、氮化铝、氢氧化铝、氧化钕、氢氧化镁、勃姆石和二氧化硅中的一种或几种，且所述陶瓷颗粒的粒径为0.15-5μm；
所述陶瓷颗粒的用量占所述无机物涂料总质量的65-95%；
所述水性粘结剂包括聚丙烯酸丁酯、丙烯腈、聚酰亚胺类、聚甲基丙烯酸甲酯、聚芳香族改性聚合物和交联树脂中的一种或几种；
所述水性粘结剂的用量占所述无机物涂料总质量的2-10%；
所述润湿剂包括琥珀酸、氟代烷基甲氧基醚醇、聚丙烯酸钠、炔二醇乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚和聚醚改性硅氧烷中的一种或几种；
所述润湿剂的用量占所述无机物涂料总质量的0.5%-5%。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述基材选自聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯、无纺布、聚酰亚胺中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述基材的孔隙率为30-70%。
8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，其包括：在所述基材的至少一侧涂布涂覆层，所述涂覆层包括陶瓷涂层和有机聚合物电解质涂层。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将陶瓷颗粒、水性粘结剂、润湿剂和水混合得到无机物涂料，在涂布温度为45-75℃下涂布得到所述陶瓷涂层，将有机聚合物电解质和水混合得到有机物涂料，在涂布温度为40-80℃下涂布得到所述有机聚合物电解质涂层，然后将所述陶瓷涂层和所述有机聚合物电解质分别涂布于所述基材上。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的锂离子电池隔膜或权利要求8-9中任一项所述锂离子电池隔膜的制备方法制得的锂离子电池隔膜在制备锂离子电池中的应用。
CN202210611175.0A 2022-06-01 2022-06-01 一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用 Active CN114696040B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210611175.0A CN114696040B (zh) 2022-06-01 2022-06-01 一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210611175.0A CN114696040B (zh) 2022-06-01 2022-06-01 一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114696040A true CN114696040A (zh) 2022-07-01
CN114696040B CN114696040B (zh) 2022-08-30

Family

ID=82130945

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210611175.0A Active CN114696040B (zh) 2022-06-01 2022-06-01 一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114696040B (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101958409A (zh) * 2010-09-20 2011-01-26 惠州市赛能电池有限公司 一种锂电池隔离膜和使用该隔离膜的锂电池
CN102248713A (zh) * 2011-04-22 2011-11-23 佛山市东航光电科技有限公司 一种聚烯微多孔多层隔膜及其制造方法
CN105659410A (zh) * 2013-11-06 2016-06-08 Lg化学株式会社 电化学装置用隔膜
CN107275550A (zh) * 2017-06-20 2017-10-20 深圳市星源材质科技股份有限公司 一种陶瓷和聚合物复合涂覆锂离子隔膜及其制备方法
CN109817869A (zh) * 2018-12-28 2019-05-28 桑顿新能源科技有限公司 一种锂离子电池隔膜及其制备方法
CN110416467A (zh) * 2018-04-28 2019-11-05 比亚迪股份有限公司 聚合物隔膜及其制备方法和应用以及锂离子电池及其制备方法
CN112290161A (zh) * 2020-09-28 2021-01-29 佛山市金辉高科光电材料股份有限公司 一种超低水分陶瓷涂覆锂离子电池隔膜及其制备方法
CN113067030A (zh) * 2021-03-04 2021-07-02 常州大学 锂电池用聚偏氟乙烯-六氟丙烯磺酸锂复合聚合物固态电解质膜及制备方法
CN113224467A (zh) * 2021-05-27 2021-08-06 江苏星源新材料科技有限公司 一种涂层隔膜
CN113629357A (zh) * 2021-07-23 2021-11-09 恒大新能源技术(深圳)有限公司 电池隔膜及其制备方法、二次电池
CN114374052A (zh) * 2021-12-14 2022-04-19 乐凯胶片股份有限公司 陶瓷复合隔膜和锂离子电池
CN114464960A (zh) * 2022-03-14 2022-05-10 北京卫蓝新能源科技有限公司 一种锂电池复合隔膜及其制备方法和应用
CN114552120A (zh) * 2022-03-18 2022-05-27 江苏厚生新能源科技有限公司 一种低透气增量陶瓷涂覆隔膜及其制备方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101958409A (zh) * 2010-09-20 2011-01-26 惠州市赛能电池有限公司 一种锂电池隔离膜和使用该隔离膜的锂电池
CN102248713A (zh) * 2011-04-22 2011-11-23 佛山市东航光电科技有限公司 一种聚烯微多孔多层隔膜及其制造方法
CN105659410A (zh) * 2013-11-06 2016-06-08 Lg化学株式会社 电化学装置用隔膜
CN107275550A (zh) * 2017-06-20 2017-10-20 深圳市星源材质科技股份有限公司 一种陶瓷和聚合物复合涂覆锂离子隔膜及其制备方法
CN110416467A (zh) * 2018-04-28 2019-11-05 比亚迪股份有限公司 聚合物隔膜及其制备方法和应用以及锂离子电池及其制备方法
CN109817869A (zh) * 2018-12-28 2019-05-28 桑顿新能源科技有限公司 一种锂离子电池隔膜及其制备方法
CN112290161A (zh) * 2020-09-28 2021-01-29 佛山市金辉高科光电材料股份有限公司 一种超低水分陶瓷涂覆锂离子电池隔膜及其制备方法
CN113067030A (zh) * 2021-03-04 2021-07-02 常州大学 锂电池用聚偏氟乙烯-六氟丙烯磺酸锂复合聚合物固态电解质膜及制备方法
CN113224467A (zh) * 2021-05-27 2021-08-06 江苏星源新材料科技有限公司 一种涂层隔膜
CN113629357A (zh) * 2021-07-23 2021-11-09 恒大新能源技术(深圳)有限公司 电池隔膜及其制备方法、二次电池
CN114374052A (zh) * 2021-12-14 2022-04-19 乐凯胶片股份有限公司 陶瓷复合隔膜和锂离子电池
CN114464960A (zh) * 2022-03-14 2022-05-10 北京卫蓝新能源科技有限公司 一种锂电池复合隔膜及其制备方法和应用
CN114552120A (zh) * 2022-03-18 2022-05-27 江苏厚生新能源科技有限公司 一种低透气增量陶瓷涂覆隔膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114696040B (zh) 2022-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114361717B (zh) 复合隔膜及电化学装置
EP3306706B1 (en) Anion conducting membrane
CN111725468B (zh) 一种二氧化硅无机纳米粒子增强聚烯烃隔膜及其应用
CN103647034A (zh) 一种应用于锂离子电池的氮化物陶瓷涂层的制备方法
CN111293262A (zh) 降低锂电池热失控风险的复合隔膜、制备方法和锂电池
CN113921986A (zh) 一种复合隔膜及包括该复合隔膜的电池
CN108011077A (zh) 勃姆石正极片、制备方法及锂离子电池
CN113067100A (zh) 一种水性pvdf涂覆锂离子电池隔膜及其制备方法
CN115360322A (zh) 一种正极片及锂二次电池
CN114374055A (zh) 一种高机械强度、高阻燃和高粘结的电池隔膜及制备方法
CN114865225A (zh) 一种复合隔膜及其制备方法和锂离子电池
CN113471629B (zh) 一种复合涂层结构的隔膜及其制备方法
CN112038546A (zh) 一种锂硫电池功能隔膜、制备方法及应用和锂硫电池
CN114122619A (zh) 一种锂电隔膜及其制备方法
CN114696040B (zh) 一种锂离子电池隔膜及其制备方法和应用
CN110336069B (zh) 一种锂离子电池及其制备方法
CN116231228B (zh) 一种阻燃锂电池涂覆隔膜及其制备方法与锂离子电池
CN116706422A (zh) 一种TiN表面修饰的玻璃纤维隔膜的制备方法和应用
CN114188665B (zh) 一种高阻燃和高机械强度的锂离子电池隔膜及其制备方法
CN114497887B (zh) 一种高阻燃锂离子电池隔膜及其制备方法
CN115441123A (zh) 一种高吸液率、高阻燃的电池隔膜及制备方法
CN109935762B (zh) 一种锂电池的涂层隔膜
Nahvi Bayani et al. Aluminum hydroxide-based flame-retardant composite separator for lithium-ion batteries
CN110600659B (zh) 一种锂离子电池隔膜及其制备方法、锂离子电池
CN215119156U (zh) 一种复合锂离子电池隔膜、锂离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant