陶瓷隔膜及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷隔膜及其制备方法和锂离子电池，其中，该方法包括：(1)将氧化铝陶瓷进行球磨，以便得到氧化铝陶瓷粉料；(2)将粘结剂与有机溶剂和聚4乙烯‑吡啶混合，以便得到胶液；(3)将所述氧化铝陶瓷粉料与所述胶液共混，以便得到浆料；(4)将所述浆料施加在基膜的至少一部分上且干燥，以便得到陶瓷隔膜。该方法可以制备得到透气率高和热稳定性好的陶瓷隔膜，并且该陶瓷隔膜可以捕捉Mn

Ceramic membrane and its preparation and lithium ion battery

The invention discloses a ceramic diaphragm, a preparation method and a lithium-ion battery, wherein the method comprises: (1) ball milling the alumina ceramic to obtain the alumina ceramic powder; (2) mixing the binder with organic solvent and POLY-4 ethylene-pyridine to obtain the glue liquid; (3) blending the alumina ceramic powder with the glue liquid to obtain the slurry; (4) mixing the alumina ceramic powder with the glue liquid to obtain the slurry The material is applied to at least a part of the base film and dried to obtain a ceramic diaphragm. The ceramic membrane with high permeability and good thermal stability can be prepared by this method, and the ceramic membrane can capture Mn

【技术实现步骤摘要】
陶瓷隔膜及其制备方法和锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池领域，特别涉及一种陶瓷隔膜及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点，具有很好的经济效益、社会效益和战略意义，成为目前最受瞩目的绿色化学电源。在锂离子电池中，隔膜主要起到防止正负极接触并允许离子传导的作用，是电池重要的组成部分。目前，商品化的锂离子电池中采用的主要是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)的单层或多层膜。由于聚合物本身的特点，虽然聚烯烃隔膜在常温下可以提供足够的机械强度和化学稳定性，但在高温条件下则表现出较大的热收缩，从而导致正负极接触并迅速积聚大量热，隔膜熔解会造成大面积短路并引发热失控，加剧热量积累，产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。电池内部短路是锂离子电池安全性的最大隐患。为了满足大容量锂离子电池发展的需要，开发高安全性隔膜已成为行业的当务之急。在这其中，陶瓷隔膜优异的耐温性和高安全性使其成为取代传统聚烯烃隔膜的主要选择之一。另一方面隔膜的多功能化是一个重要的发展趋势，对于提高锂离子电池的安全性和电化学性能都有重要的意义。随着锂离子电池比能量的提升，正极材料开始普遍采用三元材料、锰酸锂作为正极，三元材料存在一个很大的问题是过渡金属元素的溶解问题，特别是Mn元素溶解后，会迁移到负极表面上，造成负极SEI膜破坏和再生长，引起电池内阻的上升，电池性能下降，在高温下这一现象将更加明显。造成正极材料中的过渡金属元素的溶解、电池性能下降等问题的很重要的一个原因就是电解液中分解产生的HF，电解液中的HF主要是因为LiPF6分解导致的。LiPF6在电解液中会发生分解LiPF6＝LiF+PF5，在电解液中有水存在的前提下，PF5会进一步发生分解PF5+H2O＝2HF+PF3O，上述反应产生的HF和路易斯酸(PF5、PF3O等)会引发锂离子电池内的副反应，导致电池性能下降，例如研究显示在LiFePO4/石墨电池中添加1000ppm的水分就会导致电池的循环寿命出现显著的下降，寿命不足50次，EIS测试表明在给电池中增加水分后会导致电池内阻明显的增加，这说明额外的水分是引起电解液中LiPF6发生分解，产生的HF和路易斯酸会在电池内引发副反应，从而使的锂离子电池生成高阻抗的SEI膜，影响锂离子电池的寿命。因此，现有的锂离子电池有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种陶瓷隔膜及其制备方法和锂离子电池，该方法可以制备得到透气率高和热稳定性好的陶瓷隔膜，并且该陶瓷隔膜可以捕捉Mn2+离子，将其用于锂离子电池可以有效减少锰元素溶解后沉积在负极上，从而提高锂离子电池的安全性能以及循环性能。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备陶瓷隔膜的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：(1)将氧化铝陶瓷进行球磨，以便得到氧化铝陶瓷粉料；(2)将粘结剂与有机溶剂和聚4乙烯-吡啶混合，以便得到胶液；(3)将所述氧化铝陶瓷粉料与所述胶液共混，以便得到浆料；(4)将所述浆料施加在基膜的至少一部分上且干燥，以便得到陶瓷隔膜。根据本专利技术实施例的制备陶瓷隔膜的方法通过将氧化铝陶瓷与聚4乙烯-吡啶、粘结剂和有机溶剂混合得到胶料，其中，氧化铝陶瓷具有优异的分散性、导热性和阻燃性能，从而使得隔膜能迅速导热，提高隔膜的热稳定性，阻止锂电池发生大范围的燃烧和爆炸，提高锂电池的安全性，并且氧化铝陶瓷的还具有硬度低和比重轻的优势，能有效降低生产设备的磨损程度，同时可以提高浆料的稳定性，进一步提高锂电池的安全性能，并且聚4乙烯-吡啶能溶解于有机溶剂中且与粘结剂具有很好的相容性，同时聚4乙烯-吡啶具有捕捉锰离子特性，将其用于锂离子电池可以有效减少锰元素溶解后沉积在负极上，从而提高锂离子电池的安全性能以及循环性能。另外，根据本专利技术上述实施例的制备陶瓷隔膜的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述氧化铝陶瓷粉料的粒径为0.8～20微米。由此，可以显著提高陶瓷隔膜的热稳定性。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述聚4乙烯-吡啶的粒径为0.01～20微米。由此，可以显著提高陶瓷隔膜的热稳定性。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述聚4乙烯-吡啶的分子量为315.4～1000g/mol。由此，可以显著提高陶瓷隔膜的热稳定性。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)，所述有机溶剂为选自NMP和DMF中的至少之一，优选NMP。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述粘结剂为选自PVDF、SBR和丙烯酸树脂中的至少之一，优选PVDF。由此，可以显著提高离子传导率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述粘结剂与所述有机溶剂和所述聚4乙烯-吡啶的质量比为(0.2～10)：(75～99.7)：(0.1～15)。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述氧化铝陶瓷粉料与所述胶液的质量比为(10～90)：(10～90)。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述基膜为PP膜、PE膜或PP-PE复合膜。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述基膜的厚度为3～16微米。由此，可以保证隔膜的热稳定性和透气率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述浆料的涂布厚度为0.5～10微米。由此，可以保证隔膜的热稳定性和透气率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，将所述浆料涂布在所述基膜的一侧表面或两侧表面。在本专利技术的一些实施例中，所述陶瓷隔膜的面密度为0.15～12g/m2。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种陶瓷隔膜。根据本专利技术的实施例，所述陶瓷隔膜采用上述所述的方法制备得到。由此，该陶瓷隔膜不仅具有优异的透气率和热稳定性，而且可以捕捉Mn2+离子，将其用于锂离子电池可以有效减少锰元素溶解后沉积在负极上，从而提高锂离子电池的安全性能以及循环性能。在本专利技术的又一个方面，本专利技术提出了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，所述锂离子电池具有上述所述的陶瓷隔膜。由此，通过在锂离子电池内使用上述具有优异热稳定性和透气率且可捕捉Mn2+离子的陶瓷隔膜，使得该锂离子电池具有优异的安全性能以及循环性能。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备陶瓷隔膜的方法流程示意图；图2是实施例1得到的陶瓷隔膜制成的EDS样品的EDS图谱；图3是实施例4得到的陶瓷隔膜制成的EDS样品的EDS图谱；图4是对比例得到的陶瓷隔膜制成的EDS样品的EDS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备陶瓷隔膜的方法，其特征在于，包括：/n(1)将氧化铝陶瓷进行球磨，以便得到氧化铝陶瓷粉料；/n(2)将粘结剂与有机溶剂和聚4乙烯-吡啶混合，以便得到胶液；/n(3)将所述氧化铝陶瓷粉料与所述胶液共混，以便得到浆料；/n(4)将所述浆料施加在基膜的至少一部分上且干燥，以便得到陶瓷隔膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备陶瓷隔膜的方法，其特征在于，包括：
(1)将氧化铝陶瓷进行球磨，以便得到氧化铝陶瓷粉料；
(2)将粘结剂与有机溶剂和聚4乙烯-吡啶混合，以便得到胶液；
(3)将所述氧化铝陶瓷粉料与所述胶液共混，以便得到浆料；
(4)将所述浆料施加在基膜的至少一部分上且干燥，以便得到陶瓷隔膜。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述氧化铝陶瓷粉料的粒径为0.8～20微米。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述聚4乙烯-吡啶的粒径为0.01～20微米；
在步骤(2)中，所述聚4乙烯-吡啶的分子量为315.4～1000g/mol；
在步骤(2)，所述有机溶剂为选自NMP和DMF中的至少之一，优选NMP；
任选的，在步骤(2)中，所述粘结剂为选自PVDF、SBR和丙烯酸树脂中的至少之一，优选PVDF。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述粘结剂与所述有机溶剂和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子凡，李雷，李路伟，周昊，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32