CN213184504U - 含有弹性涂层的锂离子电池隔膜及电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种含有弹性涂层的锂离子电池隔膜及电池，该电池隔膜包括：第一多孔基膜层、弹性涂层、第二多孔基膜层、球形硅树脂涂层、聚合物弹性微球涂层以及氮化铝颗粒；本申请提供的上述方案，由于弹性涂层可以使隔膜在电池充放电过程中始终保持紧贴正负极，因而可以极大地提高电池的循环性能，避免了隔膜在电池充放电过程中会发生相对位移；同时，通过采用氮化铝涂层代替传统的氧化铝陶瓷涂层，其纯度比氧化铝更高，延长了锂电池的循环寿命并提升了锂电池的其它电性能；而且，氮化铝机械性能好，抗折强度也高于氧化铝，使隔膜具备较高的穿刺强度，进而使得隔膜不易被正负极片刺穿，减小了锂电池的内部短路发生几率。

Description

含有弹性涂层的锂离子电池隔膜及电池

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池隔膜材料技术领域，特别是涉及一种含有弹性涂层的锂离子电池隔膜及电池。

背景技术

锂离子电池因其高能量密度、无记忆效应、长循环寿命等众多优点而被广泛应用。传统的锂离子电池基本组成部分包括正极片、负极片、电解液、隔膜以及电池外壳，其中，隔膜因为其在锂离子电池中的关键性作用而被称作电池的“第三极”。目前，市场上广泛应用的为聚烯烃隔膜及其涂覆隔膜。

由于锂离子电池的特殊机理，在充放电过程中，锂离子在正负极材料中不断发生嵌入和脱出，因而，伴随着每一次充放电过程，电极的体积都在不断发生变化。我们以常见的高镍正极为例，在脱锂的过程中晶胞体积会发生5％-10％的收缩，而石墨材料在嵌锂过程中则会发生10-20％的体积膨胀。由于正负极的体积变化，正负与隔膜直接会发生相对位移，引起SEI膜的破坏和重生，界面电阻增大，电池容量降低等问题。因而，开发一种弹性隔膜，使隔膜在电池充放电过程中始终保持紧贴正负极，因而可以较好地解决以上问题，极大地提高电池的循环性能。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有的隔膜在电池充放电过程中会发生相对位移的问题，提供一种含有弹性涂层的锂离子电池隔膜及电池。

本实用新型提供了一种含有弹性涂层的锂离子电池隔膜，包括：

第一多孔基膜层、弹性涂层、第二多孔基膜层、球形硅树脂涂层、聚合物弹性微球涂层以及氮化铝颗粒；

所述球形硅树脂涂层设置在所述第一多孔基膜层与所述弹性涂层之间；

所述弹性涂层背离所述球形硅树脂涂层的一侧设置有所述聚合物弹性微球涂层；

所述聚合物弹性微球涂层背离所述弹性涂层的一侧设置有所述第二多孔基膜层；

所述弹性涂层与所述球形硅树脂涂层之间、所述弹性涂层与所述聚合物弹性微球涂层之间均设置有所述氮化铝颗粒。

上述含有弹性涂层的锂离子电池隔膜，由于弹性涂层可以使隔膜在电池充放电过程中始终保持紧贴正负极，因而可以极大地提高电池的循环性能，避免了隔膜在电池充放电过程中会发生相对位移；

同时，通过采用氮化铝涂层代替传统的氧化铝陶瓷涂层，其纯度比氧化铝更高，延长了锂电池的循环寿命并提升了锂电池的其它电性能；而且，氮化铝机械性能好，抗折强度也高于氧化铝，使隔膜具备较高的穿刺强度，进而使得隔膜不易被正负极片刺穿，减小了锂电池的内部短路发生几率；

进一步由于球形硅树脂涂层具有优异的疏水性，隔膜的水分含量在仓库的放置储存过程中比氧化铝陶瓷隔膜的水分含量波动小，而且不需要分切成成品时候再烘干蒸发水分，有利于节约成本；而且硅树脂的硬度比氧化铝的硬度小，使得分切和裁切刀具更加耐用，减少换刀频率，有利于提高生产效率和节约成本；由于聚合物弹性微球涂层具有良好的弹性，如果正负极片上有毛刺，由于弹性微球涂层具有良好的弹性，毛刺也不容易把锂离子电池隔膜刺穿，有效的提高了锂离子电池的安全性。

在其中一个实施例中，所述第一多孔基膜层为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺，聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚苯醚和聚苯硫醚中至少一种制备的微孔膜。

在其中一个实施例中，所述第一多孔基膜层的孔径为15-50nm，厚度为5-32μm。

在其中一个实施例中，所述弹性涂层包括弹性颗粒和粘结剂，两者的质量比为0.3-9.5。

在其中一个实施例中，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、丁苯乳胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、羧甲基纤维素钠以及聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述弹性颗粒为甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶、硅腈橡胶或聚氨酯弹性体颗粒中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述球形硅树脂涂层的球形硅树脂为非反应型球形硅树脂，所述球形硅树脂涂层的厚度为1～6μm。

在其中一个实施例中，所述聚合物弹性微球涂层的厚度为1～6μm。

在其中一个实施例中，所述氮化铝颗粒的颗粒直径为1.0-2.0μm。

本实用新型还提供了一种电池，包括正极、负极，以及置于所述正极和所述负极之间的电池隔膜，所述电池隔膜为本申请实施例描述中任意一项所述的电池隔膜。

附图说明

图1为本实用一实施例提供的含有弹性涂层的锂离子电池隔膜结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1所示，本实用新型一实施例中，提供了一种含有弹性涂层的锂离子电池隔膜，包括：第一多孔基膜层10、弹性涂层20、第二多孔基膜层30、球形硅树脂涂层40、聚合物弹性微球涂层50以及氮化铝颗粒；其中，球形硅树脂涂层40设置在第一多孔基膜层10与弹性涂层20之间；弹性涂层20背离球形硅树脂涂层40的一侧设置有聚合物弹性微球涂层50；聚合物弹性微球涂层50背离弹性涂层20的一侧设置有第二多孔基膜层30；弹性涂层20与球形硅树脂涂层40之间、弹性涂层20与聚合物弹性微球涂层50之间均设置有氮化铝颗粒。

采用上述技术方案，由于弹性涂层可以使隔膜在电池充放电过程中始终保持紧贴正负极，因而可以极大地提高电池的循环性能，避免了隔膜在电池充放电过程中会发生相对位移；

同时，通过采用氮化铝涂层代替传统的氧化铝陶瓷涂层，其纯度比氧化铝更高，延长了锂电池的循环寿命并提升了锂电池的其它电性能；而且，氮化铝机械性能好，抗折强度也高于氧化铝，使隔膜具备较高的穿刺强度，进而使得隔膜不易被正负极片刺穿，减小了锂电池的内部短路发生几率；

进一步由于球形硅树脂涂层具有优异的疏水性，隔膜的水分含量在仓库的放置储存过程中比氧化铝陶瓷隔膜的水分含量波动小，而且不需要分切成成品时候再烘干蒸发水分，有利于节约成本；而且硅树脂的硬度比氧化铝的硬度小，使得分切和裁切刀具更加耐用，减少换刀频率，有利于提高生产效率和节约成本；由于聚合物弹性微球涂层具有良好的弹性，如果正负极片上有毛刺，由于弹性微球涂层具有良好的弹性，毛刺也不容易把锂离子电池隔膜刺穿，有效的提高了锂离子电池的安全性。

在一些实施例中，本申请中的第一多孔基膜层10为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺，聚砜、聚醚砜、聚酰胺、聚苯醚和聚苯硫醚中至少一种制备的微孔膜。

进一步地，上述第一多孔基膜层10的孔径为15-50nm，厚度为5-32μm。

本申请中的第二多孔基膜层30与第一多孔基膜层10结构材料相同，此处不再累述。

在一些实施例中，本申请中的弹性涂层20包括弹性颗粒和粘结剂，两者的质量比为0.3-9.5。

进一步地，上述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、丁苯乳胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、羧甲基纤维素钠以及聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

上述弹性颗粒为甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶、硅腈橡胶或聚氨酯弹性体颗粒中的至少一种。

在一些实施例中，本申请中的球形硅树脂涂层40的球形硅树脂为非反应型球形硅树脂，球形硅树脂涂层40的厚度为1～6μm。

本实施例中，球形硅树脂的制备方法，包括以下步骤：

将35～40％(质量百分数)的球形硅树脂粉末加入到57～62％(质量百分数)的水中，再加入0.5～1％(质量百分数)的羧甲基纤维素高速搅拌与1～2％(质量百分数)的烷基酚聚氧乙烯醚，然后采用砂磨机研磨的方式分散均匀，加入有机树脂，加入有机硅改性聚物，采用手动或搅拌机低速搅拌而成，即得球形硅胶树脂涂料；砂磨机研磨的工艺参数包括：搅拌缸的转速为25～30r/min，研磨的转速为1200～1300r/min，出料速度为1.5～2.5L/min，出料口温度为18～22℃。

在一些实施例中，本申请中的聚合物弹性微球涂层50的厚度为1～6μm。

聚合物弹性微球的制备方法，包括以下步骤：

将35～40％(质量百分数)的聚合物弹性微球组成粉末加入到55～60％(质量百分数)的水中，再加入0.5～1％(质量百分数)的羧甲基纤维素，加入1～2％(质量百分数)甲基硅橡胶球形微粉，然后采用砂磨机研磨的方式分散均匀，加入有机树脂，采用手动或搅拌机低速搅拌而成，即得聚合物弹性微球涂料；砂磨机研磨的工艺参数包括：搅拌缸的转速为25～30r/min，研磨的转速为1200～1300r/min，出料速度为1.5～2.5L/min，出料口温度为18～22℃。

在一些实施例中，本申请中的氮化铝颗粒的颗粒直径为1.0-2.0μm。

本实用新型还提供了一种电池，包括正极、负极，以及置于正极和负极之间的电池隔膜，电池隔膜为本申请实施例描述中任意一项的电池隔膜。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种含有弹性涂层的锂离子电池隔膜，其特征在于，包括：

第一多孔基膜层、弹性涂层、第二多孔基膜层、球形硅树脂涂层、聚合物弹性微球涂层以及氮化铝颗粒；

所述球形硅树脂涂层设置在所述第一多孔基膜层与所述弹性涂层之间；

所述弹性涂层背离所述球形硅树脂涂层的一侧设置有所述聚合物弹性微球涂层；

所述聚合物弹性微球涂层背离所述弹性涂层的一侧设置有所述第二多孔基膜层；

所述弹性涂层与所述球形硅树脂涂层之间、所述弹性涂层与所述聚合物弹性微球涂层之间均设置有所述氮化铝颗粒。

2.根据权利要求1所述的含有弹性涂层的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述第一多孔基膜层的孔径为15-50nm，厚度为5-32μm。

3.根据权利要求1所述的含有弹性涂层的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述球形硅树脂涂层的球形硅树脂为非反应型球形硅树脂，所述球形硅树脂涂层的厚度为1～6μm。

4.根据权利要求1所述的含有弹性涂层的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述聚合物弹性微球涂层的厚度为1～6μm。

5.根据权利要求1所述的含有弹性涂层的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述氮化铝颗粒的颗粒直径为1.0-2.0μm。

6.一种电池，包括正极、负极，以及置于所述正极和所述负极之间的电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜为权利要求1-5中任意一项所述的电池隔膜。

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