一种锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本申请公开了一种锂离子电池隔膜及其制备方法。本申请的锂离子电池隔膜，包括复合在一起的有机膜层和无机膜层；有机膜层为纳米纤维素膜，无机膜层为无机颗粒形成的陶瓷层。本申请的锂离子电池隔膜，创造性的采用纳米纤维素膜作为有机膜层，在其表面形成陶瓷层，纳米纤维素膜层与陶瓷层的界面结合力更好，提高了锂离子电池隔膜整体的剥离强度，并且，在保留了陶瓷层的耐高温等特征的同时，又很好的解决了涂层脱落、掉粉的问题。采用纳米纤维素膜作为有机膜层，其液体传导速率快，吸液能力强，而且吸收电解液后容易形成凝胶状，使得锂离子电池隔膜能更好的贴合在电极表面，提高了锂离子电池的整体综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池隔膜及其制备方法
本申请涉及锂离子电池隔膜领域，特别是涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池隔膜是一种多孔膜。锂离子电池隔膜在锂离子电池中的主要作用是隔离电池正负极，防止电池内部短路；提供锂离子在充放电过程中的迁移的通道，允许锂离子通过。前商业化的隔膜主要分为干法单向拉伸隔膜、湿法双向拉伸隔膜。参见专利US5480745、JP2004323820。现有的隔膜主要材料均为聚烯烃材料，即聚烯烃微孔膜。但是，聚烯烃热稳定性差、吸液率低、吸液速度慢。为进一步提高锂电池隔膜吸收电解液的能力、提升隔膜的热稳定性以及抵抗锂枝晶的能力，通常在隔膜表面复合耐高温涂层。陶瓷由于可以在水中分散，环保性好，目前已经广泛用于隔膜的涂覆，以制备成热稳定性好的耐高温陶瓷涂层隔膜。但陶瓷作为无机材料，密度大，陶瓷颗粒之间无应力传导，使得陶瓷涂层隔膜的力学强度下降严重；而且陶瓷颗粒无机材料与有机隔膜基膜的相容性差，使得陶瓷颗粒容易脱落，即掉粉，致使陶瓷涂层隔膜的耐高温性能下降，影响电池性能。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的锂离子电池隔膜及其制备方法。为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：本申请的一方面公开了一种锂离子电池隔膜，包括复合在一起的有机膜层和无机膜层；有机膜层为纳米纤维素膜，无机膜层为无机颗粒形成的陶瓷层。本申请的锂离子电池隔膜，创造性的采用纳米纤维素制备有机膜层，并在纳米纤维素膜的表面制备陶瓷层；无机颗粒与纳米纤维素之间通过氢键相互作用，并借助纳米纤维素形成网络，提高成膜性，解决掉粉问题；同时，纳米纤维素还可以提复合电池隔膜的穿刺强度。此外，纳米纤维素膜中的纤维状结构使得其液体传导速率快，吸液能力强，而且吸收电解液后容易形成凝胶状，能够更好的贴合在电极表面，提高了内阻的一致性。优选的，复合电池隔膜在180度角度的剥离强度大于50N/m。需要说明的是，本申请的锂离子电池隔膜，由于采用纳米纤维素作为有机膜层，使得陶瓷层与有机膜层的结合力更好，无机颗粒不易脱落，无掉粉现象，并且，本申请的一种实现方式中，本申请锂离子电池隔膜在180度角度的剥离强度大于50N/m，陶瓷层与有机膜层的结合力强，保障了锂离子电池隔膜的各项性能，避免了陶瓷层脱落对隔膜或电池的影响。优选的，无机颗粒选自三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、勃姆石中的至少一种。优选的，有机膜层的厚度为5-30μm，孔隙率为10-80％孔径范围为0.01-0.5μm。更优选的，有机膜层的厚度为10-20μm，孔隙率为40-60％，孔径范围为0.03-0.08μm。优选的，无机膜层的厚度为0.5-10μm。更优选的，无机膜层的厚度为2-5μm。本申请的另一面公开了本申请的锂离子电池隔膜在锂离子电池中的应用。本申请的另一面公开了一种采用本申请的锂离子电池隔膜的锂离子电池。需要说明的是，由于本申请的锂离子电池隔膜，其陶瓷层不易脱落，无掉粉现象，避免了掉粉对锂离子电池性能的影响，提高了锂离子电池的稳定性和安全性；并且，本申请的锂离子电池隔膜液体传导速率快，吸液能力强，吸收电解液后形成凝胶状，使得隔膜更好的贴合在电极表面，进而使得锂离子电池的整体性能更好。本申请的再一面公开了本申请的锂离子电池隔膜的制备方法，包括对纳米纤维素悬浮液进行抽滤，形成凝胶状的纳米纤维素凝胶膜；将无机颗粒悬浮液倒入纳米纤维素凝胶膜的表面，继续抽滤，形成表面覆盖无机颗粒层的纳米纤维素凝胶膜；抽滤至纳米纤维素凝胶膜中含水量为10-300wt％时，将极性有机溶剂倒入表面覆盖无机颗粒层的纳米纤维素凝胶膜中，利用极性有机溶剂进行置换，形成具有无机颗粒层的纳米纤维素凝胶多孔膜；将具有无机颗粒层的纳米纤维素凝胶多孔膜真空热压处理1-10分钟，即获得本申请的锂离子电池隔膜。需要说明的是，本申请的制备方法中，有机膜层的多孔结构是通过极性有机溶剂置换形成的；因此，孔隙率及孔径的大小可以根据纳米纤维素凝胶膜中的水分含量进行有效调节；总的来说，其水分含量越大，孔隙率和孔径越大。优选的，极性有机溶剂选自丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种。优选的，真空热压处理的的温度为70-120℃。由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：本申请的锂离子电池隔膜，创造性的采用纳米纤维素膜作为有机膜层，在其表面形成陶瓷层，纳米纤维素膜层与陶瓷层的界面结合力更好，提高了锂离子电池隔膜整体的剥离强度，并且，在保留了陶瓷层的耐高温等特征的同时，又很好的解决了涂层脱落、掉粉的问题。采用纳米纤维素膜作为有机膜层，其液体传导速率快，吸液能力强，而且吸收电解液后容易形成凝胶状，使得锂离子电池隔膜能更好的贴合在电极表面，提高了锂离子电池的整体综合性能。附图说明图1是本申请实施例中剥离强度测试的示意图；图2是本申请实施例中锂离子电池隔膜的结构示意图。具体实施方式现有的陶瓷涂层隔膜中，无机颗粒容易脱落，发生掉粉现象，是陶瓷涂层隔膜的一大难题。本申请在对涂层隔膜进行长期的生产实践和研究的过程中发现，采用纳米纤维素膜作为有机膜层，陶瓷层中的无机颗粒与纳米纤维素之间通过氢键相互作用，可借助纳米纤维素形成网络，提高成膜性，解决掉粉问题。根据以上研究，本申请提供了一种锂离子电池隔膜，包括复合在一起的有机膜层和无机膜层；如图2所示，有机膜层为纳米纤维素膜21，无机膜层为无机颗粒形成的陶瓷层22，陶瓷层22复合在纳米纤维素膜21的表面。纳米纤维素膜层与陶瓷层的界面结合力更好，并且，利用纳米纤维素自身形成网络结构，使得无机颗粒更好的吸附在有机膜层表面，不易脱落，从而解决了涂层隔膜的掉粉问题。下面通过具体实施例和附图对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。实施例1本例的锂离子电池隔膜由一层有机膜层和一层无机膜层复合而成，其中，有机膜层为纳米纤维素膜，无机膜层为三氧化二铝无机颗粒形成的陶瓷层。三氧化二铝无机颗粒的粒径为D500.50-0.82μm；纳米纤维素长度300-3000nm，直径1-80nm，结晶度大于50％，纳米纤维素制备方法参考文献Kun.Y，ACSAppl.Mater.Interfaces,2017,9,20169。本例的锂离子电池隔膜制备方法如下：首先，制备纳米纤维素悬浮液，制备方法可参考Kun.Y，ACSAppl.Mater.Interfaces,2017,9,20169，具体的，本例制备了长度300-3000nm，直径1-80nm，结晶度大于50％的纳米纤维素，用于制备锂离子电池隔膜。将40g无机颗粒加入60g水中，置于高速搅拌机中分散，制成陶瓷悬浮液。然后，将10g纳米纤维素悬浮液倒入漏斗进行抽滤，形成凝胶状的纳米纤维素凝胶膜，倒入陶瓷悬浮液50g继续抽滤。抽滤至纳米纤维素凝胶膜中含水量为10-300wt％ppm时，将极性有机溶剂100g倒入表面覆盖无机颗粒层的纳米纤维素凝胶膜中，利用极性有机溶剂进行置换，形成具有无机颗粒层的纳米纤维素凝胶多孔膜。其中，本例的极性有机溶剂为丙酮。最后，将具有无机颗粒层的纳米纤维素凝胶多孔膜真空热压处理1-10分钟，其中，真空热压处理的温度为70-120℃；取出，即获得本例的锂离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池隔膜，其特征在于：包括复合在一起的有机膜层和无机膜层；所述有机膜层为纳米纤维素膜，所述无机膜层为无机颗粒形成的陶瓷层。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池隔膜，其特征在于：包括复合在一起的有机膜层和无机膜层；所述有机膜层为纳米纤维素膜，所述无机膜层为无机颗粒形成的陶瓷层。2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述复合电池隔膜在180度角度的剥离强度大于50N/m。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述无机颗粒选自三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、勃姆石中的至少一种。4.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述有机膜层的厚度为5-30μm，孔隙率为10-80％孔径范围为0.01-0.5μm。5.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述无机膜层的厚度为0.5-10μm。6.根据权利要求1-5任一项所述的锂离子电池隔膜在锂离子电池中的应用。7.一种采...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚坤，陈官茂，王哲，李庆亚，
申请(专利权)人：深圳中兴新材技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44