一种锂离子电池用隔膜及其制备方法以及锂离子电池技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，公开了一种锂离子电池用隔膜，其中，该锂离子电池用隔膜包括聚合物基材和形成在该聚合物基材的一侧的钛酸锂层。还公开了所述锂离子电池用隔膜的制备方法以及含有所述锂离子电池用隔膜的锂离子电池。和混合负极相比，将本发明专利技术的锂离子电池用隔膜的钛酸锂层作为锂离子电池的负极隔膜，解决了钛酸锂和石墨在混合过程中的异相兼容困难的问题，使得负极混料工艺简化，极片的均一性也不受影响。将钛酸锂涂布在聚合物基材上，并将涂覆有钛酸锂层的一侧贴合在石墨类负极上，同样也可以达到混合负极的作用，并且能够进一步改善瞬时倍率充电性能、低温充电性能和常温循环性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种锂离子电池用隔膜及其制备方法以及包括有所述锂离子电池用隔膜的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有放电电压高、能量密度高和循环使用寿命长的特点，因此在便携电子设备领域中得到广泛应用，同时受到如军事、航天、电动汽车等一些高技术应用领域的青睐。传统锂电池由正极、负极、隔膜和电解质组成。目前锂离子电池主流的负极材料是石墨类材料，该材料具有能量密度高的特点，但该材料循环性能、低温充电性能和倍率充电性能较差。而钛酸锂是一种结构零应变材料，能够弥补石墨的这些性能缺陷，但钛酸锂的能量密度比较低，限制了其作为纯负极材料的应用。因此，现在常用的方法为将钛酸锂与石墨按照一定比例进行简单混合，按照常规混料工艺进行配料，涂布在铜箔上得到负极片，然后再使用该负极片组装得到锂电池；也有现有技术公开了直接在石墨等负极片的两面涂覆钛酸锂涂层，从而起到安全保护的作用，同时提高负极与电解液的浸润性，提高电池的功率特性和循环特性，见中国专利CN103050705A。前者存在的主要缺点包括：1、制备负极的混料过程中的粘结剂搭配、导电剂搭配存在一定的难度；2、混料时间较长，难以分散均一；3、极片容易出现缺陷，均一性难以得到保障；4、用该负极片组装得到的锂离子电池循环性能较差；后者存在的主要缺点包括：1、延长了负极片生产时间，降低了锂电池生产效率；2、在已压实的负极片上涂覆钛酸锂浆料，浆料中溶剂重新进入负极片，容易改变负极片结构，严重的可使极片开裂。3、在循环过程中负极片膨胀收缩，容易使得表面钛酸锂涂层脱落甚至开裂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池用隔膜及其制备方法以及包括有该锂离子电池用隔膜的锂离子电池，以能够既改善锂离子电池的瞬时倍率充电性能、低温充电性能和常温循环性能，又不会影响其能量密度，且不会出现制备负极混料过程中粘结剂搭配、导电剂搭配的困难、混料时间长且物料分散不均一，以及极片容易出现缺陷等问题。为了实现上述目的，一方面，本专利技术提供一种锂离子电池用隔膜，其中，该锂离子电池用隔膜包括聚合物基材和形成在该聚合物基材的一侧的钛酸锂层。另一方面，本专利技术还提供了如上所述的锂离子电池用隔膜的制备方法，该方法包括：将含钛酸锂的浆料涂覆在聚合物基材的一侧，以及任选地将含陶瓷颗粒的浆料涂覆在聚合物基材的另一侧，然后进行干燥。再一方面，本专利技术还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：正极、负极、隔膜和电解质，其中，所述隔膜为如上所述的锂离子电池用隔膜，并且其中，所述锂离子电池用隔膜的钛酸锂层与所述负极贴合。和混合负极相比，将锂离子电池的负极与本专利技术的锂离子电池用隔膜的钛酸锂层贴合，解决了钛酸锂和石墨在混合过程中的异相兼容困难的问题，使得负极混料工艺简化，极片的均一性也不受影响。将钛酸锂涂布在聚合物基材贴合负极的一侧，然后与锂离子电池的负极贴合，同样也可以达到混合负极的作用，并且能够进一步改善瞬时倍率充电性能、低温充电性能和常温循环性能。在循环过程中，钛酸锂层结构不会受负极石墨膨胀收缩的影响而影响循环性能；在低温充电时，钛酸锂优先充电，产生的热量使得电池内部温度升高，避免了低温环境充电时石墨表面锂枝晶的析出。使用该锂离子电池用于电动汽车时，当汽车刹车能量回馈做大倍率充电时，优先对钛酸锂进行充电，极大的提升了电池的倍率充电性能。同时，钛酸锂具有比石墨更高的放电平台，可以在石墨放电完成后进行深度放电，避免了电池过放的出现。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术实施例1、5、6和5以及对比例1所制备的锂离子电池的常温循环曲线。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术的专利技术人在研究的过程中发现，锂离子电池之所以会出现上述缺点的原因在于：(1)一般使用的钛酸锂材料为纳米材料，石墨为微米材料，两者比表面积差异很大，而且两者的表面结构存在差异，混合之后对粘结剂和导电剂的配型选择有较高的要求。为了使得纳米钛酸锂能够均匀地混合在微米石墨类材料中，相对单独的石墨类材料混料，需要花费较长的时间，同时容易导致极片的缺陷，使得极片的均一性较差；(2)石墨在充放电过程中膨胀收缩率较高(约10％)，容易使得钛酸锂材料与其脱离，从而使得循环较差；而将钛酸锂直接涂覆于石墨等负极片的表面，会出现：(1)将钛酸锂涂覆于负极片表面需要锂电池生产厂家完成，会降低锂电池整体生产效率；(2)涂覆钛酸锂浆料是在负极片压实完成后，此时负极片结构应力较大，钛酸锂浆料中的溶剂在涂覆过程中会进入负极片，容易改变负极片结构，甚至出现开裂，最终使得极片均一性受到破坏；(3)负极在循环过程中的膨胀收缩会使得表面涂层脱落甚至开裂，降低涂层性能。本专利技术的专利技术人在研究的过程中发现，通过将钛酸锂涂覆在聚合物基材的一侧以形成具有钛酸锂层的隔膜，并且将隔膜上涂覆有钛酸锂层的一侧与锂离子电池用负极贴合，由此制备的锂离子电池有效的解决了钛酸锂和石墨在混合过程中的异相兼容困难的问题，使得负极混料工艺简化，极片的均一性也不受影响。将钛酸锂涂布在聚合物基材上，并将涂覆有钛酸锂层的一侧贴合在石墨类负极上，同样也可以达到混合负极的作用，并且能够进一步改善瞬时倍率充电性能、低温充电性能和常温循环性能。基于以上发现，本专利技术提供了一种锂离子电池用隔膜，其中，该锂离子电池用隔膜包括聚合物基材和形成在该聚合物基材的一侧的钛酸锂层。根据本专利技术，其中，所述锂离子电池用隔膜形成有钛酸锂层的一侧用于与锂离子电池的负极贴合。由此，更具体的，本专利技术提供了一种锂离子电池用隔膜，其中，该锂离子电池用隔膜包括聚合物基材和在用于贴合锂离子电池负极的聚合物基材侧形成的钛酸锂层。根据本专利技术的锂离子电池用隔膜，只要将其中涂覆有钛酸锂层的一侧与锂离子电池的负极贴合既能够实现本专利技术的目的，所述钛酸锂层的厚度可以在较宽的范围内进行选择。根据本专利技术一种优选的实施方式，所述钛酸锂层的厚度为2-5μm。另外，根据本专利技术的锂离子电池用隔膜，所述钛酸锂层中的钛酸锂颗粒的平均粒径可以为100-500nm，优选为200-400nm。本专利技术对所述锂离子电池用隔膜的另一侧的涂层没有特别的限制，其可以为常规使用的各种涂层，只要能够有效的将锂离子电池的正极和负极进行绝缘处理，从而避免出现短路现象即可，例如，可以为形成在所述聚合物基材的另一侧的陶瓷绝缘层。在形成锂离子电池的制备工艺中，锂离子电池用隔膜中涂覆有陶瓷绝缘层的一侧与锂离子电池的正极贴合。根据本专利技术所提供的锂离子电池用隔膜，对所述陶瓷绝缘层中的陶瓷颗粒的成分以及颗粒的大小并没有特别的限制，可以为本领域常规的选择。例如，所述陶瓷颗粒可以不限于的选自Al的氧化物或氮化物、Mg的氧化物或氮化物、Si的氧化物或氮化物、Zr的氧化物或氮化物、Ti的氧化物或氮化物以及BaSO4中的一种或多种，优选选自氧化铝、氧化钛和二氧化硅中的一种或多种。所述陶瓷颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用隔膜，其特征在于，该锂离子电池用隔膜包括聚合物基材和形成在该聚合物基材的一侧的钛酸锂层。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用隔膜，其特征在于，该锂离子电池用隔膜包括聚合物基材和形成在该聚合物基材的一侧的钛酸锂层。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜，其中，所述钛酸锂层中的钛酸锂颗粒的粒径为100-500nm；优选地，所述钛酸锂层的厚度为2-5μm。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池用隔膜，其中，所述锂离子电池用隔膜还包括形成在所述聚合物基材的另一侧的陶瓷绝缘层；优选地，所述陶瓷绝缘层中的陶瓷颗粒选自Al的氧化物或氮化物、Mg的氧化物或氮化物、Si的氧化物或氮化物、Zr的氧化物或氮化物、Ti的氧化物或氮化物以及BaSO4中的一种或多种；优选地，所述陶瓷绝缘层中的陶瓷颗粒的粒径为50-2000nm；优选地，所述陶瓷绝缘层的厚度优选为1-5μm。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的锂离子电池用隔膜，其中，所述聚合物基材的材质选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸二甲酯和聚酰亚胺中的一种或多种。5.权利要求1-3中任意一项所述的锂离子电池用隔膜的制备方法，该方法包括：将含钛酸锂的浆料涂覆在聚合物基材的一侧，以及任选地将含陶瓷颗粒的浆料涂覆在聚合物基材的另一侧，然后进行干燥。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述含...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜木挺，王晕，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44