一种隔膜及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种隔膜，包括基膜和以及设置于所述基膜表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层由包含有陶瓷材料的陶瓷浆料涂覆形成，所述陶瓷材料包括陶瓷纳米纤维和陶瓷空心球，所述陶瓷涂层为具有桥架的搭桥结构。另外，本发明专利技术还涉及一种隔膜的制备方法以及一种包含该隔膜的锂离子电池。相比于现有技术，本发明专利技术增加陶瓷涂层的内部空间，提升陶瓷涂层的孔隙率，提高电解液的存液量，进而显著改善锂离子电池的倍率充放电性能和循环性能。环性能。环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种隔膜及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种隔膜及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有高比能，无记忆效应和优异的循环寿命等优点，被广泛地应用于数码相机、手机、平板电脑、无人机等各种电子设备当中，并不断向新能源汽车领域发展，是电化学储能装置发展的重要推动力。同时具备较高的能量密度以及较大电流快充性能要求成为当前锂离子电池发展的重要技术挑战之一。
[0003]在锂电池结构中，包括正极、负极、电解液和隔膜，隔膜位于正极和负极之间，隔膜具有电子绝缘性，隔膜的作用是使正极和负极分隔开来，阻止活性物质迁移，避免自放电，延长寿命。同时，隔膜为多孔膜，还具备离子电导性，提供锂离子迁移通道。由此可见，隔膜的阻抗对电池内阻的影响十分巨大，可影响电池的容量、循环及倍率性能等。因此，设计低阻抗高耐热锂离子电池隔膜以实现快速充电性能且兼顾耐热性能是锂离子电池领域亟待解决的关键问题。
[0004]目前，商业化的锂离子电池隔膜主要为多孔聚烯烃基膜，表面采用凹版辊压涂覆的方式将纳米陶瓷颗粒和粘合剂的混合物涂覆在基膜1的表面形成陶瓷涂层2(如图1所示)，提高隔膜耐高温性能。然而，不足之处在于陶瓷涂层2中的粘合剂凝固成膜之后，膜的孔隙较小，不利于锂离子的穿透，从而导致隔膜的阻抗较大，而且陶瓷涂层2内部堆积紧密，孔隙率较低，可容纳电解液的量少，影响锂电池的综合性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种隔膜，增加陶瓷涂层的内部空间，提升陶瓷涂层的孔隙率，提高电解液的存液量。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种隔膜，包括基膜和以及设置于所述基膜表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层由包含有陶瓷材料的陶瓷浆料涂覆形成，所述陶瓷材料包括陶瓷纳米纤维和陶瓷空心球，所述陶瓷涂层为具有桥架的搭桥结构。
[0008]作为本专利技术所述的隔膜的一种改进，所述陶瓷纳米纤维和所述陶瓷空心球的重量比为(2～8)：10。
[0009]作为本专利技术所述的隔膜的一种改进，所述陶瓷纳米纤维为线状材料，所述陶瓷纳米纤维的长度为0.5～20μm。
[0010]作为本专利技术所述的隔膜的一种改进，所述陶瓷空心球的粒径为0.3～5μm、壁厚为200～400nm。
[0011]作为本专利技术所述的隔膜的一种改进，所述陶瓷纳米纤维和所述陶瓷空心球的材质分别选自Al2O3、SiO2、TiO2、AlOOH、MgO、Mg(OH)2、BrSO4、ZrO2和蒙脱土中的至少一种。
[0012]作为本专利技术所述的隔膜的一种改进，所述陶瓷浆料还包括分散剂、增稠剂、粘结
剂、润湿剂和溶剂；按质量分数计算，所述陶瓷浆料包括陶瓷材料10～40％、分散剂0.1～1％、增稠剂1～20％、粘接剂1～20％、润湿剂0.1～1％、溶剂20～80％。
[0013]作为本专利技术所述的隔膜的一种改进，所述分散剂包括硅酸盐类分散剂、碱金属磷酸盐类分散剂或有机分散剂；所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠和甲基纤维素中的至少一种；所述粘结剂为水性粘结剂；所述润湿剂为阴离子型表面活性剂和/或非离子型表面活性剂；所述溶剂为去离子水。
[0014]作为本专利技术所述的隔膜的一种改进，所述基膜为单层PP膜、单层PE膜、双层PE/PP复合膜、双层PP/PP复合膜、三层PP/PE/PP复合膜、单层PE/PP多元体系薄膜、PET膜、PI膜、PMIA膜或PBO膜中的任意一种。
[0015]本专利技术的目的之二在于：提供一种所述的隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0016]1)、先将陶瓷纳米纤维与陶瓷空心球进行砂磨混合，制成陶瓷材料；
[0017]2)、将陶瓷材料、分散剂分散到去离子水中加入搅拌设备，加热至25℃且搅拌均匀，得到混合物A，备用；
[0018]3)、将增稠剂加入混合物A中，并在25℃条件下持续搅拌至得到稳定的分散体系B，备用；
[0019]4)、将粘结剂、润湿剂依次相隔20min加入分散体系B，最后将分散好的浆料过滤即得成品陶瓷浆料；
[0020]5)、在基膜表面涂覆陶瓷浆料形成陶瓷涂层，干燥制成隔膜。
[0021]本专利技术的目的之三在于：提供一种锂离子电池，包括说明书前文所述的隔膜。
[0022]相比于现有技术，本专利技术的有益效果包括但不限于：本专利技术的隔膜中采用陶瓷纳米纤维与陶瓷空心球进行一定比例的混合，使陶瓷涂层呈具有桥架的搭桥结构，增加陶瓷涂层的内部空间，提升陶瓷涂层的孔隙率，提高电解液的存液量，提供更多锂离子迁移通道，提高锂离子嵌入脱出速率，降低电池内阻，减小极化，进而显著改善锂离子电池的倍率充放电性能和循环性能。
附图说明
[0023]图1是现有技术中隔膜的结构示意图。
[0024]图2是本专利技术中隔膜的结构示意图。
[0025]其中：1-基膜，2-陶瓷涂层，21-陶瓷纳米纤维，22-陶瓷空心球。
具体实施方式
[0026]本专利技术的实施例将会被详细的描述在下文中。本专利技术的实施例不应该解释为对本专利技术的限制。
[0027]1、隔膜
[0028]本专利技术的第一方面提供一种隔膜，参考图1，该隔膜包括基膜1和以及设置于基膜1表面的陶瓷涂层2，陶瓷涂层2由包含有陶瓷材料的陶瓷浆料涂覆形成，陶瓷材料包括陶瓷纳米纤维21和陶瓷空心球22，陶瓷涂层2为具有桥架的搭桥结构。
[0029]在一些实施例中，陶瓷纳米纤维21和陶瓷空心球22的重量比为(2～8)：10。优选的，陶瓷纳米纤维21和陶瓷空心球22的重量比为8:10。
[0030]在一些实施例中，陶瓷纳米纤维21为线状材料，陶瓷纳米纤维21的长度为0.5～20μm。优选的，陶瓷纳米纤维21的长度为5μm、10μm、15μm。
[0031]在一些实施例中，陶瓷空心球22的粒径为0.3～5μm、壁厚为200～400nm。优选的，陶瓷空心球22的粒径为1μm、3μm，壁厚为300nm。
[0032]在一些实施例中，陶瓷纳米纤维21和陶瓷空心球22的材质分别选自Al2O3、SiO2、TiO2、AlOOH、MgO、Mg(OH)2、BrSO4、ZrO2和蒙脱土中的至少一种。
[0033]在一些实施例中，陶瓷浆料还包括分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂和溶剂；按质量分数计算，陶瓷浆料包括陶瓷材料10～40％、分散剂0.1～1％、增稠剂1～20％、粘接剂1～20％、润湿剂0.1～1％、溶剂20～80％。
[0034]在一些实施例中，分散剂包括硅酸盐类分散剂、碱金属磷酸盐类分散剂或有机分散剂；其中，硅酸盐类分散剂包括但不限于水玻璃，碱金属磷酸盐类分散剂包括但不限于三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠中的至少一种，有机分散剂包括但不限于三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶和脂肪酸聚乙二醇酯中的至少一种。
[0035]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隔膜，其特征在于，包括基膜和以及设置于所述基膜表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层由包含有陶瓷材料的陶瓷浆料涂覆形成，所述陶瓷材料包括陶瓷纳米纤维和陶瓷空心球，所述陶瓷涂层为具有桥架的搭桥结构。2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷纳米纤维和所述陶瓷空心球的重量比为(2～8)：10。3.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷纳米纤维为线状材料，所述陶瓷纳米纤维的长度为0.5～20μm。4.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷空心球的粒径为0.3～5μm、壁厚为200～400nm。5.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷纳米纤维和所述陶瓷空心球的材质分别选自Al2O3、SiO2、TiO2、AlOOH、MgO、Mg(OH)2、BrSO4、ZrO2和蒙脱土中的至少一种。6.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷浆料还包括分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂和溶剂；按质量分数计算，所述陶瓷浆料包括陶瓷材料10～40％、分散剂0.1～1％、增稠剂1～20％、粘接剂1～20％、润湿剂0.1～1％、溶剂20～80％。7.根据权利要求6所述的隔膜，其特征在于，所述分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：官淑敏，邓豪，马斌，吴亚柯，王崇刚，杨山，陈杰，李载波，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：