一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法和应用技术

一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法和应用，涉及锂离子电池隔膜。所述陶瓷涂覆隔膜包括聚合物隔膜，在聚合物隔膜的单侧或两侧上涂覆高热传导电绝缘性纳米材料。所述高热传导电绝缘性纳米材料可采用BN纳米线、BN纳米颗粒、BN纳米管等。制备方法：将高热传导电绝缘性材料加入到聚合物溶液中，再涂覆到聚合物隔膜上，挥发溶剂后得到固态聚合物膜，即所述陶瓷涂覆隔膜。所述陶瓷涂覆隔膜可在锂离子二次电池中应用。制备的具有高热传导性的陶瓷隔膜，可以作为锂离子二次电池的陶瓷涂覆隔膜，提高了锂离子电池的安全性能，并有很好的离子电导率和机械性能。且本发明专利技术操作性强。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及锂离子电池隔膜，尤其是涉及一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点，具有很好的经济效益、社会效益和战略意义，成为目前最受瞩目的绿色化学电源。在锂离子电池中，隔膜主要起到防止正负极接触并允许离子传导的作用，是电池重要的组成部分。目前，商品化的锂离子电池中采用的主要是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)的单层或多层膜。由于聚合物本身的特点，虽然聚烯烃隔膜在常温下可以提供足够的机械强度和化学稳定性，但在高温条件下则表现出较大的热收缩，从而导致正负极接触并迅速积聚大量热，尽管诸如PP/PE复合隔膜可以在较低温度(120℃)首先发生PE熔化阻塞聚合物中的微孔，阻断离子传导而PP仍起到支撑的作用防止电极反应的进一步发生，但是由于PP的熔解温度也仅有150℃，当温度迅速上升，超过PP的熔解温度时，隔膜熔解会造成大面积短路并引发热失控，加剧热量积累，产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。电池内部短路是锂离子电池安全性的最大隐患。为了满足大容量锂离子电池发展的需要，开发高安全性隔膜已成为行业的当务之急。在这其中，陶瓷隔膜优异的耐温性和高安全性使其成为取代传统聚烯烃隔膜的主要选择之一。陶瓷隔膜(Ceramic-coatedSeparators)是在现有的聚烯烃微孔膜的表面上，单面或双面涂布一层均匀的、由陶瓷微颗粒等构成的保护层(几个μm)，形成多孔性的安全性功能隔膜。在保证聚烯烃微孔隔膜原有基本特性的基础上，赋予隔膜高耐热功能，降低隔膜的热收缩性，从而更有效地减少锂离子电池内部短路，防止因电池内部短路而引起的电池热失控。目前，陶瓷隔膜的制备方式主要是将陶瓷粉体(主要是纳米或亚μm的氧化物粉末，如Al2O3、SiO2、TiO2等)、粘结剂等分散在溶剂中形成浆料，再通过流延法或浸渍法在聚烯烃隔膜表面形成陶瓷涂层(参见文献：JournalofPowerSources，2010，195，6192-6196、中国专利CN200580036709.6、中国专利CN200780035135.X等)。但是，目前，一般的陶瓷涂覆隔膜所采用的陶瓷粉体主要是无机氧化物，主要利用无机氧化物较好的耐热特性，因此，这种类型的陶瓷隔膜其热稳定性的提高仅是一种“被动”防御。若提高陶瓷涂覆隔膜的导热性能，加速热量在电池中的传导，则可以实现在不破坏锂离子电池使用性能的前提下实现提高其安全性能的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法。本专利技术的另一目的在于提供所述陶瓷涂覆隔膜在锂离子电池中应用。所述陶瓷涂覆隔膜包括聚合物隔膜，在聚合物隔膜的单侧或两侧上涂覆高热传导电绝缘性纳米材料。所述高热传导电绝缘性纳米材料可采用BN纳米线、BN纳米颗粒、BN纳米管等。所述陶瓷涂覆隔膜的制备方法的具体步骤如下：将高热传导电绝缘性材料加入到聚合物溶液中，再涂覆到聚合物隔膜上，挥发溶剂后得到固态聚合物膜，即所述陶瓷涂覆隔膜。所述聚合物隔膜可采用聚烯烃类多孔聚合物膜、无纺布或应用于二次电池聚合物电解质的聚合物材料，所述聚烯烃类多孔聚合物膜可选自聚乙烯或聚丙烯的单层或多层复合膜，所述应用于二次电池聚合物电解质的聚合物材料可选自聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇等中的一种，或聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯醇等衍生的共混、共聚体系，所述衍生的共混、共聚体系包括丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物等。所述高热传导电绝缘性材料可采用BN，包括纳米颗粒、纳米线、纳米管等。高热传导电绝缘性材料在聚合物隔膜上涂覆的厚度可为0.5～20μm，所述在聚合物隔膜上涂覆可在聚合物隔膜单面涂布或双面涂布。所述陶瓷涂覆隔膜可在锂离子二次电池中应用。本专利技术在术语“高热传导电绝缘性”中所用的措辞“电绝缘性”是指在本专利技术方法中，所加入的高热传导性物质必须是电子绝缘体，这是由于电子在隔膜中的传递将会导致锂离子电池的短路，因此所添加的物质必须在具备高热传导性的同时具备电绝缘性。由本专利技术制备的具有高热传导性的陶瓷隔膜，可以作为锂离子二次电池的陶瓷涂覆隔膜，提高了锂离子电池的安全性能，并有很好的离子电导率和机械性能。且本专利技术操作性强。本专利技术提供的电池，包括正极材料、负极材料，在正极材料和负极材料之间有本专利技术提供的陶瓷涂覆隔膜。通常锂离子电池使用的正极材料都可以在本专利技术中使用。正极涉及的正极活性物质，可以使用能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物，例如，可以举出用LixMO2或LiyM2O4(式中，M为过渡金属，0≤x≤1，0≤y≤2)表示的含锂复合氧化物、尖晶石状的氧化物、层状结构的金属硫族化物、橄榄石结构等。作为其具体例子，可以举出LiCoO2等锂钴氧化物、LiMn2O4等锂锰氧化物、LiNiO2等锂镍氧化物、Li4/3Ti5/3O4等锂钛氧化物、锂锰镍复合氧化物、锂锰镍钴复合氧化物；具有LiMPO4(M＝Fe、Mn、Ni)等橄榄石型结晶结构的材料等等。特别是采用层状结构或尖晶石状结构的含锂复合氧化物是优选的，LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1/2Mn1/2O2等为代表的锂锰镍复合氧化物、LiNil/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2等为代表的锂锰镍钴复合氧化物、或LiNi1-x-y-zCoxAlyMgzO2(式中，0≤x≤1、0≤y≤0.1、0≤z≤0.1、0≤1-x-y-z≤1)等含锂复合氧化物。另外，上述的含锂复合氧化物中的构成元素的一部分，被Ge、Ti、Zr、Mg、Al、Mo、Sn等的添加元素所取代的含锂复合氧化物等也包含其中。这些正极活性物质，既可单独使用1种，也可2种以上并用。例如，通过同时使用层状结构的含锂复合氧化物与尖晶石结构的含锂复合氧化物，可以谋求兼顾大容量化及安全性的提高。用于构成非水电解液二次电池的正极，例如，在上述正极活性物质中适当添加炭黑、乙炔黑等导电助剂，或聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷等粘合剂等，配制正极合剂，将其在以铝箔等集电材料作为芯材的带状成型体上涂布后使用。但是，正极的制作方法不仅仅限于上例。通常锂离子电池使用的负极材料都可以在本专利技术中使用。负极涉及的负极活性物质可以使用能够嵌入-脱嵌锂金属、锂的化合物。例如铝、硅、锡等的合金或氧化物、碳材料等各种材料等可以用作负极活性物质。氧化物可以举出二氧化钛等，碳材料可以举出石墨、热解碳类、焦炭类、玻璃状碳类、有机高分子化合物的烧成体、中间相碳微珠等。用于构成非水电解液二次电池的负极，例如，在上述负极活性物质中适当添加炭黑、乙炔黑等导电助剂，或聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷等粘合剂等，配制负极合剂，将其在以铜箔等集电材料作为芯材的带状成型体上涂布后使用。但是，负极的制作方法不仅仅限于上例。在本专利技术提供的非水电解液二次电池中，使用非水溶剂(有机溶剂)作为非水电解液。非水溶剂包括碳酸酯类、醚类等。碳酸酯类包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，环状碳酸酯可以举出碳酸乙烯酯、碳酸丙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷涂覆隔膜，其特征在于其包括聚合物隔膜，在聚合物隔膜的单侧或两侧上涂覆高热传导电绝缘性纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷涂覆隔膜，其特征在于其包括聚合物隔膜，在聚合物隔膜的单侧或两侧上涂覆高热传导电绝缘性纳米材料。2.如权利要求1所述一种陶瓷涂覆隔膜，其特征在于所述高热传导电绝缘性纳米材料采用BN纳米线、BN纳米颗粒或BN纳米管。3.如权利要求1所述陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于其具体步骤如下：将高热传导电绝缘性材料加入到聚合物溶液中，再涂覆到聚合物隔膜上，挥发溶剂后得到固态聚合物膜，即所述陶瓷涂覆隔膜。4.如权利要求3所述陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于所述聚合物隔膜采用聚烯烃类多孔聚合物膜、无纺布或应用于二次电池聚合物电解质的聚合物材料。5.如权利要求4所述陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于所述聚烯烃类多孔聚合物膜选自聚乙烯或聚丙烯的单层或多层复合膜。6.如权利要求4所述陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金保，张鹏，王静，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35