一种锂离子电池用复合隔膜及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池用复合隔膜及其制备方法、应用，涉及锂电池隔膜技术领域。具体而言，所述复合隔膜包括基膜层，以及设置在所述基膜层至少一侧的纳米银线

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用复合隔膜及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及锂电池隔膜
，具体而言，涉及一种锂离子电池用复合隔膜及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池在动力领域的应用，对电池的能量和功率密度的要求越来越高，但同时高比能量对电池的安全性的考验也越来越严苛。不管是锂离子电池还是锂金属电池，安全问题通常都与负极形成锂枝晶有关。以锂金属电池为例，在充放电过程中，锂枝晶在锂金属电极的表面逐渐生长，锂枝晶会刺穿隔膜造成内短路，从而引起热失控。在过去几十年间，人们从材料研究的角度做出了许多努力，力图发现一种方式来消除锂枝晶的形成，但到目前为止效果并不理想。
[0003]除了抑制锂枝晶生长的方式，人们还设想了一种双功能隔膜来监测锂枝晶生长情况的方式来提高电池安全性；如US20140329120A1公开了一种电池，其中包含一种双功能隔膜，利用磁控溅射在商品化隔膜表面沉积一层约50nm厚的铜金属层，然后用另一片隔膜堆叠覆盖在铜金属层一侧；但是，溅射的方式成本高，不易量产，且溅射的铜金属层容易引起隔膜堵孔；溅射的铜金属层不易控制边界，容易引起隔膜短路；两层隔膜堆叠的方式造成隔膜过厚，且在电池制作的过程中不易控制。
[0004]此外，CN114361719A公开了一种具有内置电位传感功能的锂离子电池隔膜来监测电池负极锂枝晶的生长情况；该专利技术使用预先合成的铜纳米线，利用涂布的方式与电池隔膜进行复合，然后采用涂布陶瓷层来实现绝缘，具有实时采集正负电位信息、监控电池内部温度和监测负极材料锂离子嵌入嵌出情况等效果。同时，涂布的方式成本低易于规模化，但是由于铜纳米线不耐氧化，因此需要进一步改进。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种具有电位检测功能的锂离子电池用复合隔膜，所述的锂离子电池用复合隔膜及其执行电位检测功能的复合涂层具有较强的抗氧化性和稳定性；其中包含独立的银纳米线涂层或银纳米线
‑
绝缘一体层，涂层中由高长径比的银纳米线交织而成，具有丰富的孔隙结构，不会对电池隔膜造成堵孔等不良影响。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0008]一种锂离子电池用复合隔膜，所述复合隔膜包括基膜层，以及设置在所述基膜层至少一侧的纳米银线
‑
绝缘复合层；其中，所述纳米银线
‑
绝缘复合层包括各自独立设置的纳米银线层和绝缘层，或者，所述纳米银线
‑
绝缘复合层为包括纳米银线和绝缘材料混合的一体层结构。
[0009]优选地，所述复合隔膜包括依次连接的基膜层、银纳米线层和绝缘层；或者，所述复合隔膜包括依次连接的基膜层、第一绝缘层、银纳米线层和第二绝缘层；或者，所述复合
隔膜包括依次连接的基膜层、银纳米线
‑
绝缘一体层和绝缘层。
[0010]依据本领域公知：锂电池在低温、高倍率或过充等情况下，会在负极生成锂枝晶，并引发一系列安全问题；但目前尚未出现简单可行的方法得知电池内部是否已经产生枝晶，除非枝晶已经刺穿隔膜到达正极并导致电池内短路，然而此时危险已经发生，因此为时已晚。本专利技术在隔膜中设置了一层具有导电功能的纳米银线，同时设置了绝缘层对纳米银线层进行保护，保证其不会增加电池内短路的风险，且此时纳米银线层与负极之间处于断路状态，电势差较高；当枝晶开始生长到达纳米银线层时，负极—枝晶—纳米银线可以形成导电回路，纳米银线层与负极之间的电势差发生急剧降低，通过电势差的变化，使用者可以预知到锂枝晶的生长情况。同时由于枝晶尚未生长到达电池正极，因此电池本身并不会发生内短路，因此还处于安全状态。因此，本专利技术的锂离子电池用复合隔膜可以在枝晶完全刺穿隔膜前对枝晶的生长情况做出预警，提示使用者及时作出反应，避免电池危险的发生。
[0011]优选地，所述基膜层包括单层膜、双层复合膜和三层复合膜中的至少一种；
[0012]更优选地，所述基膜层包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚酯膜、聚酰亚胺膜、纤维素隔膜、聚苯并噁唑膜和芳纶膜中的至少一种。
[0013]优选地，在所述纳米银线
‑
绝缘复合层中，银纳米线的直径为20nm～50nm，长度为5μm～20μm；
[0014]优选地，所述银纳米线层或所述银纳米线
‑
绝缘一体层的方阻为0.1Ω/sq～100Ω/sq；
[0015]优选地，所述银纳米线层或所述银纳米线
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绝缘一体层的厚度为10nm～500nm。
[0016]优选地，所述绝缘层的厚度为1μm～4μm。
[0017]优选地，所述绝缘层和/或所述绝缘材料包括陶瓷、勃姆石、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚苯并噁唑、纤维素和芳纶中的至少一种。
[0018]本专利技术的第二目的在于提供所述的锂离子电池用复合隔膜的制备方法，该方法主要采用涂布的方式，成本低廉且易于规模化生产。
[0019]所述的锂离子电池用复合隔膜的制备方法主要包括如下步骤：
[0020](a)将银纳米线、溶剂和粘接剂混合均匀，制备得到导电涂料：将绝缘材料、溶剂和粘接剂混合均匀，制备得到绝缘涂料：
[0021](b)将所述导电涂料和所述绝缘涂料依次涂覆到基膜上；
[0022]或者，将所述导电涂料和所述绝缘涂料混合，制备得到混合涂料；将所述混合涂料涂覆到基膜上。
[0023]优选地，在步骤(b)中，在涂覆所述混合涂料前，先在所述基膜上涂覆所述绝缘涂料，和/或，在涂覆所述混合涂料后，再涂覆一层所述绝缘涂料；
[0024]优选地，在涂覆所述导电涂料或所述混合涂料后，还包括引出导电引线的步骤；可选地将所述导电引线引至锂离子电池外，或与电位测量装置、显示装置等外源组件相连接并构成回路，起到清晰可视化的电位检测或预警功能。
[0025]优选地，在所述导电涂料中，所述溶剂包括水；
[0026]优选地，所述导电涂料中，所述银纳米线的用量为0.01wt％～2wt％；
[0027]优选地，在所述绝缘涂料中，所述溶剂包括水、二甲基亚砜、氮甲基吡咯烷酮、浓硫酸、甲基磺酸和三氟乙酸中的至少一种；
[0028]优选地，所述绝缘涂料中，所述绝缘材料的用量为1wt％～40wt％；
[0029]优选地，所述导电涂料和/或所述绝缘涂料中还包括：粘结剂、流平剂、抗氧化剂等。
[0030]本专利技术的第三目的在于提供一种锂离子电池，包括有如上所述的锂离子电池用复合隔膜。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种成本低且易于规模化生产的锂离子电池用隔膜，其采用银纳米线具有较强的抗氧化性，产品稳定性更佳；其中包括银纳米线的结构层由高长径比的银纳米线交织而成，具有丰富的孔隙结构，不会对复合隔膜造成堵孔等不良影响。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜包括基膜层，以及设置在所述基膜层至少一侧的纳米银线
‑
绝缘复合层；其中，所述纳米银线
‑
绝缘复合层包括各自独立设置的纳米银线层和绝缘层，或者，所述纳米银线
‑
绝缘复合层为包括纳米银线和绝缘材料混合的一体层结构。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜包括依次连接的基膜层、银纳米线层和绝缘层；或者，所述复合隔膜包括依次连接的基膜层、第一绝缘层、银纳米线层和第二绝缘层；或者，所述复合隔膜包括依次连接的基膜层、银纳米线
‑
绝缘一体层和绝缘层。3.根据权利要求1所述的锂离子电池用复合隔膜，其特征在于，所述基膜层包括单层膜、双层复合膜和三层复合膜中的至少一种；优选地，所述基膜层包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚酯膜、聚酰亚胺膜、聚苯并噁唑膜、纤维素隔膜和芳纶膜中的至少一种。4.根据权利要求2所述的锂离子电池用复合隔膜，其特征在于，在所述纳米银线
‑
绝缘复合层中，银纳米线的直径为20nm～50nm，长度为5μm～20μm；优选地，所述银纳米线层或所述银纳米线
‑
绝缘一体层的方阻为0.1Ω/sq～100Ω/sq；优选地，所述银纳米线层或所述银纳米线
‑
绝缘一体层的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晓明，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：