陶瓷隔膜及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种陶瓷隔膜，包括隔膜基材，所述隔膜基材至少一侧的表面涂布有陶瓷浆料且所述陶瓷浆料经过干燥后在所述隔膜基材表面形成保护层；所述陶瓷浆料包含质量分数为20‑70％的陶瓷粉体、20‑70％的阻燃剂及5‑30％的粘结剂与溶剂混合而成，且所述陶瓷粉体呈空心球或空心管结构。使用该陶瓷隔膜的锂离子电池安全性能得以提高。

Ceramic diaphragm and lithium ion battery

The invention provides a ceramic diaphragm, the diaphragm comprises a substrate, the surface coating of the substrate has at least one side of the diaphragm of ceramic slurry and the slurry after drying in the membrane substrate surface to form a protective layer; the ceramic slurry containing 20 mass fraction 70% ceramic powder, 20 70% flame retardant 5 and 30% binder mixed with a solvent, wherein the ceramic powder is a hollow ball or hollow tube structure. The safety performance of the lithium ion battery using the ceramic diaphragm is improved.

【技术实现步骤摘要】
陶瓷隔膜及锂离子电池
本专利技术属于电池
，尤其涉及一种陶瓷隔膜及使用该陶瓷隔膜的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因其能量密度高、工作电压高和循环寿命长等优点而得到了广泛的应用，尤其是作为电动汽车的能量来源。现有的锂离子电池电解液通常由碳酸酯类有机溶剂构成，其闪点低，受热或高温会在空气中发生燃烧，存在很大的安全隐患。为解决上述问题，现有技术包括以下两种方法：一种是在电解液中添加阻燃剂，然而随之产生的问题是电解液的电化学性能受到严重影响；另一种是在隔膜基材表面涂布陶瓷材料，即使隔膜基材发生了收缩或融化，陶瓷涂层仍能够阻止正负极接触，防止大面积短路，达到提升安全性能的目的，但是，现有技术通常采用普通的陶瓷粉体进行涂布，比表面积只有10-20m2/g，吸液能力有限，导致电池大电流充放电性能差、电池循环寿命低。鉴于此，实有必要提供一种新型陶瓷隔膜用于锂离子电池以克服以上缺陷。
技术实现思路
本专利技术提出一种热稳定性高，能够用于并提高锂离子电池安全性能的陶瓷隔膜。本专利技术提供的一种陶瓷隔膜，包括隔膜基材，所述隔膜基材至少一侧的表面涂布有陶瓷浆料且所述陶瓷浆料经过干燥后在所述隔膜基材表面形成保护层；所述陶瓷浆料包含质量分数为20-70％的陶瓷粉体、20-70％的阻燃剂及5-30％的粘结剂与溶剂混合而成，且所述陶瓷粉体呈空心球或空心管结构。在一个优选实施方式中，所述浆料包含质量分数为70％的陶瓷粉体、25％的阻燃剂及5％的粘结剂；所述隔膜基材为聚烯烃类微孔膜，其孔隙率为40-60％，孔径为30-300nm，厚度为7-20μm。在一个优选实施方式中，所述隔膜基材为聚乙烯单层膜、聚丙烯单层膜、PP/PE/PP三层复合膜或纤维素无纺布隔膜。在一个优选实施方式中，所述纤维素无纺布隔膜的材料可选用聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚(乙二醇对苯二甲酸酯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺纤维及聚对苯二甲酰对苯二胺中的一种或几种。在一个优选实施方式中，所述保护层的厚度为0.5-15μm。在一个优选实施方式中，所述陶瓷粉体为SiO2、Al2O3、TiO2、SnO2、ZrO2及ZnO2中的至少一种。在一个优选实施方式中，所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、氧化锡、氧化钼、钼酸铵、硼酸锌、十溴二苯醚、六溴环十二烷、八溴醚及四-溴双酚A中的至少一种。在一个优选实施方式中，所述溶剂为水；所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶及三元共聚物乳胶中的至少一种。在一个优选实施方式中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈及聚酰亚胺中的至少一种。本专利技术还提供一种包括如权利要求1-9中任意一项所述的陶瓷隔膜的锂离子电池。本专利技术提供的陶瓷隔膜在隔膜基材表面涂布一层涂覆浆料形成保护层，涂覆浆料中采用具有空心球或空心管结构的陶瓷粉体，该类陶瓷粉体具有很高的比表面积，使保护层具有良好的电解液浸润性和极强的吸液能力，提高了锂离子电池的循环寿命和倍率性能；同时，添加的阻燃剂可以存储于陶瓷粉体颗粒的空腔内，一起包覆于粘结剂中，避免了在电解液中直接添加阻燃剂所带来的不良影响。将该专利技术提供的陶瓷隔膜用于锂离子电池中，能够大大提高电池的安全性能。【附图说明】图1为实施例1获得的陶瓷隔膜的SEM图。图2为对比例1获得的隔膜的SEM图。【具体实施方式】本专利技术提供一种陶瓷隔膜，包括隔膜基材，所述隔膜基材至少一侧的表面涂布有陶瓷浆料且所述陶瓷浆料经过干燥后在所述隔膜基材表面形成保护层。所述陶瓷浆料包含质量分数为20-70％的陶瓷粉体、20-70％的阻燃剂及5-30％的粘结剂与溶剂混合而成，且所述陶瓷粉体呈空心球或空心管结构。具体地，所述隔膜基材为聚烯烃类微孔膜，其孔隙率为40-60％，孔径为30-300nm，厚度为7-20μm。所述隔膜基材可以是聚乙烯(PE)单层膜、聚丙烯(PP)单层膜、PP/PE/PP三层复合膜或纤维素无纺布隔膜。进一步地，所述纤维素无纺布隔膜的材料可选用聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚(乙二醇对苯二甲酸酯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺纤维及聚对苯二甲酰对苯二胺的一种或几种。所述陶瓷粉体为SiO2、Al2O3、TiO2、SnO2、ZrO2及ZnO2中的至少一种。所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、氧化锡、氧化钼、钼酸铵、硼酸锌、十溴二苯醚、六溴环十二烷、八溴醚及四-溴双酚A中的至少一种。所述溶剂可以是水或N-甲基吡咯烷酮，当所述溶剂为水时，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶及三元共聚物乳胶中的至少一种；当所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮时，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈及聚酰亚胺中的至少一种。进一步地，所述保护层的厚度为0.5-15μm。本专利技术提供还一种锂离子电池，包括正极材料、负极材料、电解液及位于所述正极材料与所述负极材料之间的陶瓷隔膜。所述电解液包括有机溶剂、锂盐及添加剂。所述陶瓷隔膜包括隔膜基材，所述隔膜基材至少一侧的表面涂布有陶瓷浆料且所述陶瓷浆料经过干燥后在所述隔膜基材表面形成保护层。所述陶瓷浆料包含质量分数为20-70％的陶瓷粉体、20-70％的阻燃剂及5-30％的粘结剂与溶剂混合而成，且所述陶瓷粉体呈空心球或空心管结构。具体地，所述隔膜基材为聚烯烃类微孔膜，其孔隙率为40-60％，孔径为30-300nm，厚度为7-20μm。所述隔膜基材可以是聚乙烯(PE)单层膜、聚丙烯(PP)单层膜、PP/PE/PP三层复合膜或纤维素无纺布隔膜。进一步地，所述纤维素无纺布隔膜的材料可选用聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚(乙二醇对苯二甲酸酯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺纤维及聚对苯二甲酰对苯二胺的一种或几种。所述陶瓷粉体为SiO2、Al2O3、TiO2、SnO2、ZrO2及ZnO2中的至少一种。所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锑、氧化锡、氧化钼、钼酸铵、硼酸锌、十溴二苯醚、六溴环十二烷、八溴醚及四-溴双酚A中的至少一种。所述溶剂可以是水或N-甲基吡咯烷酮，当所述溶剂为水时，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶及三元共聚物乳胶中的至少一种；当所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮时，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈及聚酰亚胺中的至少一种。进一步地，所述保护层的厚度为0.5-15μm。所述正极材料为LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiFePO4、LiCoPO4、LiNi0.5Mn1.5O4以及三元材料LiNi1-xyCoxMyO(0≤x,y≤1,x+y≤1，M为Al或Mn)中的至少一种。所述负极材料为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳及钛酸锂中的至少一种。所述有机溶剂为环状碳酸酯或链状碳酸酯，优选为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯及丙酸乙酯中的一种或几种混合。所述锂盐选为LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiCF3SO3、LiC(CF3SO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷隔膜，其特征在于：包括隔膜基材，所述隔膜基材至少一侧的表面涂布有陶瓷浆料且所述陶瓷浆料经过干燥后在所述隔膜基材表面形成保护层；所述陶瓷浆料包含质量分数为20‑70％的陶瓷粉体、20‑70％的阻燃剂及5‑30％的粘结剂与溶剂混合而成，且所述陶瓷粉体呈空心球或空心管结构。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷隔膜，其特征在于：包括隔膜基材，所述隔膜基材至少一侧的表面涂布有陶瓷浆料且所述陶瓷浆料经过干燥后在所述隔膜基材表面形成保护层；所述陶瓷浆料包含质量分数为20-70％的陶瓷粉体、20-70％的阻燃剂及5-30％的粘结剂与溶剂混合而成，且所述陶瓷粉体呈空心球或空心管结构。2.如权利要求1所述的陶瓷隔膜，其特征在于：所述浆料包含质量分数为70％的陶瓷粉体、25％的阻燃剂及5％的粘结剂；所述隔膜基材为聚烯烃类微孔膜，其孔隙率为40-60％，孔径为30-300nm，厚度为7-20μm。3.如权利要求2所述的陶瓷隔膜，其特征在于：所述隔膜基材为聚乙烯单层膜、聚丙烯单层膜、PP/PE/PP三层复合膜或纤维素无纺布隔膜。4.如权利要求3所述的陶瓷隔膜，其特征在于：所述纤维素无纺布隔膜的材料可选用聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚(乙二醇对苯二甲酸酯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺纤维及聚对苯二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振峰，钟莎莎，王海涛，许辉，饶睦敏，
申请(专利权)人：深圳市沃特玛电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44