一种锂离子电池及其隔膜制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池及其隔膜，该隔膜包括基膜，所述基膜的至少一个表面上涂覆有聚合物涂层，所述聚合物涂层通过聚合物、粘结剂及成孔剂在溶剂中一起混合搅拌制成浆料，然后涂覆在所述基膜表面上，所述聚合物涂层呈岛状均匀分布。相对于现有技术，本发明专利技术中的聚合物涂层具有良好的吸液溶胀能力，界面具有良好的稳定性，制作出的锂离子电池具有优良的机械性能；聚合物涂层的岛状分布特性为极片充放电以及循环过程中的膨胀提供了空间，很好的解决了锂离子电池的变形问题；此外，通过成孔剂形成的岛状能够在基膜上均匀分布，有效避免电流密度分布不均，从而防止对电池的性能产生影响。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池及其隔膜
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种具有优良的循环性能、安全性能和机械性能的锂离子电池及其隔膜。
技术介绍
锂离子电池由于具有较高的能量密度、较高的工作电压、较宽的使用温度、使用寿命长、对环境友好等等，被广泛的应用到手机、平板、笔记本电脑以及各种电动汽车，甚至航空航天、风能太阳能储能设备上。在锂离子电池取得广泛应用的同时，也存在一定的安全隐患。到目前为止，已有多起手机和笔记本电池爆炸等事故见诸报端，这让人们对锂离子电池的安全性能产生了质疑。而锂离子电池隔膜是保证电池的安全性能的重要部分，特别在一些特殊条件下，如高温烘烤、针刺、过充或异物挤压等容易对隔膜造成一定的损伤。隔膜一旦收缩、熔化、氧化、刺破就会引起电池的内部短路，导致电池出现发热、冒烟、甚至爆炸起火等安全事故。通常锂离子电池采用的是铝塑包装袋包装，随着人们对电芯能量密度的要求越来越高，很多电池制造商逐渐采用具有高膨胀率的负极材料，并提升卷绕工序能力，这就导致电池的扭曲、变形问题变得尤其严重，同时也会对电池的安全性和可靠性造成非常严重的影响。为了解决电池变形问题，中国专利CN102610773A通过在多孔基材表面涂覆无机物涂层和有机物涂层，并使有机物涂层呈岛状和/或线状分布，有机物涂层的分布特性为极片充放电以及循环过程中的膨胀提供了空间，很好的解决了聚合物锂离子电池的扭曲变形问题。然而，该专利的有机物涂层的岛状和线状分布不可控，存在分布不均匀的缺陷，进而导致电流密度分布不均匀，影响电池的电化学性能。有鉴于此，确有必要提供一种具有较高安全性能和机械性能的锂离子电池隔膜，以解决锂离子电池的变形问题，同时保证锂离子电池的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种能够与锂离子电池极片粘结良好，为离子电池极片膨胀提供空间，很好地抑制锂离子电池变形，同时对锂离子电池性能无影响的锂离子电池隔膜。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种锂离子电池隔膜，包括基膜，所述基膜的至少一个表面上涂覆有聚合物涂层，所述聚合物涂层通过聚合物、粘结剂及成孔剂在溶剂中一起混合搅拌制成浆料，然后涂覆在所述基膜表面上，所述聚合物涂层呈岛状均匀分布。其中，本专利技术通过使用成孔剂进行“占位”，其“占位”的大小可通过成孔剂的粒径和用量进行调节，并通过后续的热处理或酸溶解的方式去除聚合物涂层中成孔剂，成孔剂去除后形成均匀分布的孔隙，进而形成呈岛状均匀分布的聚合物涂层，保证电流密度分布均匀，从而有效提高电池的倍率性能。作为本专利技术锂离子电池隔膜的进一步改进，所述成孔剂的平均粒径为0.05～100μm，粒度分布范围为0.01～1000μm。作为本专利技术锂离子电池隔膜的进一步改进，制备方法包括如下步骤：a)聚合物涂层浆料制备：将所述聚合物、粘结剂及成孔剂搅拌分散均匀，将聚合物、粘结剂和成孔剂一起溶于溶剂中以形成浆料，浆料的固含量为2～60％；b)将a)中制备的浆料通过浸涂、模头涂、辊涂、喷涂、刮刀转移涂、凹版涂或丝网印刷的涂覆方式涂覆在基膜的至少一面上；然后对涂覆的隔膜进行干燥或酸洗以去除成孔剂，形成呈岛状均匀分布的聚合物涂层，即得锂离子电池隔膜。作为本专利技术锂离子电池隔膜的进一步改进，所述聚合物涂层的面积为基膜面积的10～90％，所述聚合物涂层的厚度为0.1～50μm。作为本专利技术锂离子电池隔膜的进一步改进，所述基膜和聚合物涂层之间还涂覆有无机粒子涂层。无机粒子涂层使隔膜保持较高的热稳定性能和机械性能，有利于锂离子电池具有具备良好的安全性能；同时，无机粒子涂层还具有良好的吸液性能，从而使锂离子电池具有更好的循环性能。作为本专利技术锂离子电池隔膜的一种改进，所述无机粒子涂层的厚度为1μm-10μm。作为本专利技术锂离子电池隔膜的一种改进，所述无机粒子涂层包括无机物颗粒和粘结剂；所述无机物颗粒为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铈、氧化钙、碳酸钙和钛酸钡中的至少一种。作为本专利技术锂离子电池隔膜的一种改进，所述无机物颗粒的平均粒径为0.1～5μm，粒度分布范围为0.05～10μm。作为本专利技术锂离子电池隔膜的进一步改进，所述成孔剂为热挥发性的成孔剂或酸可溶性的盐类成孔剂，热挥发性的成孔剂为碳酸氢氨、氯化铵或硝酸铵，酸可溶性的盐类成孔剂为碳酸盐类成孔剂，碳酸盐类成孔剂为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铷、碳酸铯、碳酸钫、碳酸镁、碳酸钙或碳酸锶。其中，对于使用热挥发性的成孔剂的聚合物涂层需要在一定的温度下进行烘烤除去成孔剂，温度优选80℃以内，时间在1～36小时范围；对于使用酸可溶性的盐类成孔剂，需要将制备的隔膜放入0.1～2mol/L范围内的酸溶液内浸泡10～360min，然后在80℃以内烘干，所述的酸溶液可以为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸或醋酸。作为本专利技术锂离子电池隔膜的进一步改进，所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯－六氟丙烯、聚丙烯酸－苯乙烯、聚丙烯腈、聚氧乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。作为本专利技术锂离子电池隔膜的进一步改进，所述粘结剂为苯乙烯－丁二烯聚合物、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯－六氟丙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、丁二烯－丙烯腈聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸－苯乙烯和二甲基硅氧烷中的至少一种。作为本专利技术锂离子电池隔膜的进一步改进，所述聚合物与所述粘结剂的质量比为10:90～99:1；所述聚合物与所述成孔剂的质量比为95:5～5:95。作为本专利技术锂离子电池隔膜的进一步改进，所述溶剂为四氢呋喃、甲乙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四甲基脲、四甲基磷酸盐、丙酮、二氯甲烷、氯仿、二甲基酰胺、N-甲基吡咯烷酮、环己烷、水、酒精、异丙醇、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯中的至少一种。作为本专利技术锂离子电池隔膜的进一步改进，所述基膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、聚酰亚胺和无纺布中的至少一种。相对于现有技术，本专利技术锂离子电池隔膜至少具有以下优点：1)隔膜中的聚合物涂层呈岛状分布特性可以为极片的膨胀提供空间，很好地抑制锂离子电池变形；此外，通过成孔剂形成的岛状能够在基膜上均匀分布，有效避免电流密度分布不均，从而防止对电池的性能产生影响。2)隔膜中的聚合物涂层中的聚合物单元的基团与电解液溶剂的基团存在较强的相互作用，这样使得聚合物涂层具有良好的吸液溶胀能力，并借助于锂离子电池加工过程中夹具力的作用，会使锂离子电池的界面保持良好的稳定性，同时锂离子电池中极片与隔膜保持着良好的粘结力，使制作出的锂离子电池具有优良的机械性能。本专利技术的另一个目的在于提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片、间隔于所述正极片和负极片之间的隔膜，以及电解液，所述隔膜为上述段落所述的锂离子电池隔膜。相对于现有技术，本专利技术锂离子电池由于采用了表面涂覆有呈岛状分布的聚合物涂层的隔膜，因此具有较高的安全性能和机械性能，具有较大的硬度和较小的变形；同时通过控制岛状均匀分布，能够使电流密度均匀分布，从而保证电池的电化学性能不受影响。附图说明图1为本专利技术的锂离子电池隔膜的结构示意图之一。图2为本专利技术的锂离子电池隔膜的结构示意图之二。图中：1-基膜；2-聚合物涂层；3-无机粒子涂层。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池隔膜，包括基膜，其特征在于：所述基膜的至少一个表面上涂覆有聚合物涂层，所述聚合物涂层通过聚合物、粘结剂及成孔剂在溶剂中一起混合搅拌制成浆料，然后涂覆在所述基膜表面上，所述聚合物涂层呈岛状均匀分布。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池隔膜，包括基膜，其特征在于：所述基膜的至少一个表面上涂覆有聚合物涂层，所述聚合物涂层通过聚合物、粘结剂及成孔剂在溶剂中一起混合搅拌制成浆料，然后涂覆在所述基膜表面上，所述聚合物涂层呈岛状均匀分布。2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述聚合物涂层的面积为基膜面积的10～90％，所述聚合物涂层的厚度为0.1～50μm。3.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述基膜和聚合物涂层之间还涂覆有无机粒子涂层。4.根据权利要求3所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述无机粒子涂层包括无机物颗粒和粘结剂，所述无机物颗粒的平均粒径为0.1～5μm，粒度分布范围为0.05～10μm。5.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述成孔剂为热挥发性的成孔剂或酸可溶性的盐类成孔剂，热挥发性的成孔剂为碳酸氢氨、氯化铵或硝酸铵，酸可溶性的盐类成孔剂为碳酸盐类成孔剂，碳酸盐类成孔剂为碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铷、碳酸铯、碳酸钫、碳酸镁、碳酸钙或碳酸锶。6.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪圣龙，蒋中林，
申请(专利权)人：东莞市魔方新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44