一种电池隔膜及锂离子电池制造技术

本申请提供了一种电池隔膜及锂离子电池，所述隔膜包括多孔基膜和附着在多孔基膜的一侧的补锂涂层，所述补锂涂层包括补锂材料和第一粘结剂，所述补锂材料包括核和位于核表面的包覆层，所述核的材料包括锂离子化合物，所述包覆层的材料包括碳，所述锂离子化合物的首次脱锂容量大于首次嵌锂容量，或所述锂离子化合物的脱锂产物的嵌锂电位小于等于3V；本申请还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极和隔膜，所述电池隔膜的补锂涂层与正极相对；本申请通过在电池隔膜的其中一侧形成补锂涂层，且将该隔膜的补锂涂层与正极片相对制备成电池，电池容量会大大提高；同时隔膜还具有良好的机械性能和耐高温性能。

A Battery Separator and Lithium Ion Battery

【技术实现步骤摘要】
一种电池隔膜及锂离子电池
本申请属于锂离子电池
，尤其涉及一种电池隔膜及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于存在能量密度高，循环性能高，环境友好等优点而广泛应用在电动汽车，数码以及储能系统等
中。然而，随着锂离子电池应用领域的不断扩大，对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求，由此，补锂工艺的应用显得尤为重要。目前补锂工艺主要分为两大类：1）正极补锂工艺；2）负极补锂工艺。负极补锂一般采用锂粉补锂、锂箔补锂，但是因为金属锂是高反应活性的碱金属，能够与水剧烈反应，使得金属锂对环境的要求十分苛刻，这就使得这两种负极补锂工艺都要投入巨资对生产线进行改造，采购昂贵的补锂设备，同时为了保证补锂效果，还需对现有的生产工艺进行调整；另外负极补锂中高容量硅负极由于存在膨胀率高等缺陷也难以推广。正极补锂技术中一般是在正极匀浆的过程中，向其中添加少量的高容量正极材料，在充电的过程中，锂离子从这些高容量正极材料脱出，嵌入到负极中补充首次充放电的不可逆容量，虽然工艺简单，不需要昂贵的补锂设备，但是在正极中添加补锂材料会导致正极活性物质的比例下降，影响了锂离子电池能量密度的进一步提高。由此，隔膜中补锂工艺的应用得到推广，锂离子电池隔膜一般采用聚烯烃微孔膜或者表面涂覆有陶瓷层的聚烯烃微孔膜。在相关技术中，有在陶瓷涂层中添加可脱嵌锂离子的化合物来提高电池能量密度，但对电池能量密度的提升有限，也有在陶瓷涂层中添加锂粉的，由于锂粉对操作环境要求苛刻，安全性低，难以规模化生产。
技术实现思路
本申请针对上述技术问题，提出了一种电池隔膜，包括多孔基膜和附着在多孔基膜一侧表面的补锂涂层，所述补锂涂层包括补锂材料和第一粘结剂，所述补锂材料包括核和位于核表面的包覆层，所述核的材料包括锂离子化合物,所述包覆层的材料包括碳,所述锂离子化合物的脱锂产物的嵌锂电位小于或等于3V，或所述锂离子化合物的首次脱锂容量大于首次嵌锂容量。优选的，所述锂离子化合物的首次脱锂容量与首次嵌锂容量的差值大于或等于50mAh/g，优选为大于或等于100mAh/g，进一步优选为大于或等于150mAh/g。优选的，所述锂离子化合物选自Li2MoO3、Li2MnO3、LiMnO2、Li2MnSiO4、Li2CoSiO4、LiFeBO3、Li2FeSiO4、Li5FeO4、Li6CoO4、Li6MnO4、Li2NiO2和Li2CuO2中的一种或多种。优选的，所述锂离子化合物选自Li2MoO3、Li2MnO3、LiMnO2、Li2MnSiO4和Li2CoSiO4中的一种或多种。优选的，所述锂离子化合物的平均粒径为50nm~5μm，优选为100nm~2μm。优选的，所述锂离子化合物和所述碳的质量比为80~98：2~20，优选为95~98：2~5。优选的，所述碳包覆层的厚度为2nm~50nm。优选的，所述补锂材料和所述第一粘结剂的质量比为85~97：3~15。优选的，所述补锂涂层的厚度为0.5μm~10μm。优选的，所述补锂涂层还包括第一无机颗粒，所述第一无机颗粒选自三氧化二铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、碳酸钡、硫酸钡，钛酸钡和硫酸钙中的一种或多种；以所述补锂涂层的总质量为基准，所述第一无机颗粒的含量为20%以下，优选为5%以下。优选的，所述多孔基膜为聚烯烃基膜，或所述多孔基膜包括聚烯烃基膜和位于聚烯烃基膜一侧或两侧表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括第二无机颗粒和第二粘结剂，所述第二无机颗粒选自三氧化二铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、碳酸钡、硫酸钡，钛酸钡和硫酸钙中的一种或多种。优选的，所述第一粘结剂和第二粘结剂各自独立地选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚乙二醇、聚氧化乙烯、环氧树脂、丁苯橡胶、聚甲基纤维素、聚甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素和聚丙烯醇中的一种或多种。本申请的第二个目的提供了一种电池隔膜的制备方法，包括：(1)将有机碳源与锂离子化合物混合烧结，有机碳源熔融碳化在锂离子化合物表面形成碳包覆层，制备得到补锂材料。(2)将补锂材料、第一粘结剂与溶剂混合均匀得到浆料，将浆料附着在多孔基膜的一侧表面，然后干燥，制备得到隔膜。优选的，所述有机碳源选自蔗糖、葡萄糖、环氧树脂、乳糖、麦芽糖、聚乙烯醇和酚醛树脂中的一种或几种。优选的，步骤(1)具体为将锂离子化合物和有机碳源混合后于惰性气氛下烧结，烧结温度500~700℃，烧结时间2~24h。优选的，所述浆料中还混有第一无机颗粒，所述溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、水和醇类中的一种或几种。本申请的第三个目的提供一种电池隔膜，由上述电池隔膜的制备方法制备得到。本申请的第四个目的提供一种锂离子电池，包括正极、负极及位于正极和负极之间的隔膜，所述隔膜为上述电池隔膜，所述电池隔膜的补锂涂层与正极相对；所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质的脱锂产物的嵌锂电位大于所述锂离子化合物的脱锂产物的嵌锂电位。本申请通过在多孔基膜一侧涂覆补锂涂层制得电池隔膜，由于补锂涂层中补锂材料被碳包覆而具有较高的导电性，可以提供电子移动通道降低电池极化，从而有利于锂离子从锂离子化合物中脱出，脱出的锂离子迁移至负极后能够补充SEI膜消耗的活性锂，进而提高电池的能量密度，同时补锂涂层还可以提高电池隔膜的机械性能和高温稳定性以及安全性能。本申请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。具体实施方式以下对本申请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申请，并不用于限制本申请。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本申请提供了一种电池隔膜，包括多孔基膜和附着在多孔基膜一侧表面的补锂涂层，所述补锂涂层包括补锂材料和第一粘结剂，所述补锂材料包括核和位于核表面的包覆层，所述核的材料包括锂离子化合物,所述包覆层的材料包括碳,所述锂离子化合物的脱锂产物的嵌锂电位小于或等于3V，或所述锂离子化合物的首次脱锂容量大于首次嵌锂容量。锂离子化合物在充电时能脱出大量的活性锂，在电池放电过程中也可以嵌锂，本专利技术人在多次试验后意外发现，不是所有的锂离子化合物在此都适合作为补锂材料，当锂离子化合物满足首次脱锂容量大于首次嵌锂容量，锂离子化合物具有不可逆的容量，因此，在电池充放电过程中，补锂涂层中的补锂材料能够脱锂量多而嵌锂量少，从而给负极SEI膜形成所消耗的活性锂进行补充。本申请的专利技术人经过进一步的试验后发现，当锂离子化合的首次脱锂容量与首次嵌锂容量的差值大于或等于50mAh/g，所述补锂涂层具有较好的补锂效果，进一步的，本申请的专利技术人分别选取首次脱锂容量和首次嵌锂容量的差值大于或等于100mAh/g，与首次脱锂容量和首次嵌锂容量的差值大于或等于100mAh/g的锂离子化合物作为补锂材料，发现当选取的锂离子化合物的首次脱锂容量和首次嵌锂容量差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池隔膜，包括多孔基膜和附着在多孔基膜一侧表面的补锂涂层，所述补锂涂层包括补锂材料和第一粘结剂，其特征在于，所述补锂材料包括核和位于核表面的包覆层，所述核的材料包括锂离子化合物,所述包覆层的材料包括碳,所述锂离子化合物的脱锂产物的嵌锂电位小于或等于3V，或所述锂离子化合物的首次脱锂容量大于首次嵌锂容量。

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，包括多孔基膜和附着在多孔基膜一侧表面的补锂涂层，所述补锂涂层包括补锂材料和第一粘结剂，其特征在于，所述补锂材料包括核和位于核表面的包覆层，所述核的材料包括锂离子化合物,所述包覆层的材料包括碳,所述锂离子化合物的脱锂产物的嵌锂电位小于或等于3V，或所述锂离子化合物的首次脱锂容量大于首次嵌锂容量。2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述锂离子化合物的首次脱锂容量与首次嵌锂容量的差值大于或等于50mAh/g，优选为大于或等于100mAh/g，进一步优选为大于或等于150mAh/g。3.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述锂离子化合物选自Li2MoO3、Li2MnO3、LiMnO2、Li2MnSiO4、Li2CoSiO4、LiFeBO3、Li2FeSiO4、Li5FeO4、Li6CoO4、Li6MnO4、Li2NiO2和Li2CuO2中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的电池隔膜，其特征在于，所述锂离子化合物选自Li2MoO3、Li2MnO3、LiMnO2、Li2MnSiO4和Li2CoSiO4中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述锂离子化合物的平均粒径为50nm~5μm，优选为100nm~2μm。6.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述锂离子化合物和所述碳的质量比为80~98：2~20，优选为95~98：2~5。7.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述碳包覆层的厚度为2nm~50nm。8.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述补锂材料和所述第一粘结剂的质量比为85~97：3~15。9.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述补锂涂层的厚度为0.5μm~10μm。10.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述补锂涂层还包括第一无机颗粒，所述第一无机颗粒选自三氧化二铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化镁、碳酸钡、硫酸钡，钛酸钡和硫酸钙中的一种或多种；以所述补锂涂层的总质量为基准，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦晓朋，李世彩，
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