一种微胶囊、含该微胶囊的锂离子电池隔膜和锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种微胶囊，由内部负载有灭活剂的中空介孔微球和包覆在所述中空介孔微球表面的聚合物层构成；所述中空介孔微球的D50≤3um、D90≤8um，孔体积为0.2

【技术实现步骤摘要】
一种微胶囊、含该微胶囊的锂离子电池隔膜和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种微胶囊、含该微胶囊的锂离子电池隔膜和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子动力电池凭借工作电压高、循环寿命长及充放电速度快等优势逐步建立了广大的市场，在小型电子产品如手机、电脑、电动工具等领域有着重要的作用。随着电动汽车和储能领域的发展，对锂离子电池的使用条件更加苛刻，特别在极端条件下(高温)，要保证电池的循环性能和安全性能。然而，随着能量密度的不断提升，锂离子电池的稳定性遇到极大挑战，尤其是高温情况下。目前，提升电池热安全性的常用方式有正极材料改性、隔膜涂覆、模组设计、BMS管理等，以上方式对材料制备、设计要求较高。
[0003]专利技术CN105932200A专利技术专利提供一种锂离子电池复合隔膜及其制备方法和锂离子电池，该专利在基膜表面有一层微胶囊保护层，胶囊内含有相变材料和阻燃剂；CN105932200A和CN113181589A专利技术专利所述微胶囊内部包覆液态灭火剂和冷却剂，在电池失火时能够起到灭火作用；CN112029343A和CN112018445A专利技术专利提出一种自毁结构的微球结构，在电池热失控时，微胶囊破裂释放化学抑制剂阻断电池的氧化还原反应，从而提高电池的安全性。但是以上所说的微胶囊微球结构存在反应速度不迅速的问题，只是在电池已经发生热失控时所采取的一种灭火防护措施，不能从根源上消除电池热失控的风险。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种微胶囊、含该微胶囊的锂离子电池隔膜和锂离子电池。
[0005]本专利技术提出的一种微胶囊，由内部负载有灭活剂的介孔微球和包覆在所述介孔微球表面的聚合物层构成；
[0006]所述介孔微球的D50≤3um、D90≤8um，孔总体积为0.2
‑
0.3cm3/g、孔径为100
‑
300nm；
[0007]所述灭活剂为有机酸；
[0008]所述聚合物的熔点为100
‑
250℃。
[0009]优选地，所述有机酸为柠檬酸、草酸、异辛酸中的至少一种。
[0010]本专利技术的作用机制为：
[0011]在高温下(≥120℃)，介孔微球中包覆的灭活剂释放，与满电态的LiC
x
发生反应，降低负极方向的活性，避免正负极接触时，发生热失控，具体灭活反应式如下：
[0012]2LiC
x
+2H+＝H2↑
+2Li++2C
x
[0013]优选地，所述介孔微球为SiO2介孔微球、聚苯乙烯介孔微球、石墨介孔微球中的至少一种；所述聚合物为聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、三聚氰胺甲醛树脂、聚氟代碳酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯中的至少一种。
[0014]一种所述的微胶囊的制备方法，包括下述步骤：
[0015]S1、先采用真空浸渍法将灭活剂吸附在介孔微球内部，然后加热处理使灭活剂重结晶固化，得到内部负载有灭活剂的介孔微球；
[0016]S2、在所述内部负载有灭活剂的介孔微球表面包覆聚合物层，使介孔封闭，得到所述微胶囊。
[0017]优选地，S1中，将灭活剂溶于溶剂中，得到灭活剂溶液，然后将介孔微球加入灭活剂溶液中，充分搅拌，然后过滤，将过滤得到的微球在抽真空条件下加热处理使灭活剂重结晶固化，得到内部负载有灭活剂的介孔微球。
[0018]优选地，S1中，灭活剂与介孔微球的质量比为1：(1
‑
3)。
[0019]优选地，S1中，加热处理的温度为85
‑
95℃，时间为20
‑
30h。
[0020]优选地，S2中，将聚合物和乳化剂加入聚合物的良溶剂中充分搅拌溶解，然后加入内部负载有灭活剂的介孔微球搅拌均匀，然后加热搅拌使聚合物在介孔微球表面固化，固化完成后再加入聚合物的不良溶剂直至固体充分析出，过滤、干燥，得到所述微胶囊。
[0021]S2中，介孔微球的材质不溶于所述聚合物的良溶剂、聚合物的不良溶剂中的任意一种。
[0022]优选地，S2中，聚合物的良溶剂为1、2、3
‑
三氯苯、二甲苯、DMF、DMSO、二氯甲烷、正辛烷、戊烷、乙酸戊酯中的至少一种。
[0023]优选地，S2中，聚合物的不良溶剂为无水乙醇。
[0024]优选地，S2中，聚合物、乳化剂和聚合物的良溶剂的质量比为(15
‑
25):(6
‑
15):100。
[0025]优选地，S2中，内部负载有灭活剂的介孔微球和聚合物的质量比为300:(15
‑
20)。
[0026]优选地，S2中，加热搅拌温度为70
‑
140℃，时间为20
‑
30h。
[0027]一种锂离子电池隔膜，包括隔膜基材和负载在所述隔膜基材至少一个表面上的微胶囊，所述微胶囊为所述的微胶囊，或者所述微胶囊由所述的制备方法制得。
[0028]其中，微胶囊的聚合物层在100℃以下能稳定存在，并不与电池内部其他组分反应。
[0029]优选地，所述隔膜基材的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯中的至少一种。
[0030]一种锂离子电池，包括正极片、负极片和所述的锂离子电池隔膜，所述锂离子电池隔膜位于所述正极片、负极片之间。
[0031]优选地，所述正极片包括正极活性材料，所述正极活性材料为钴酸锂、镍酸锂、锂锰氧化物、锰酸锂、镍锰酸锂、富锂锰基、磷酸锰铁锂、镍钴铝酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂中的至少一种，
[0032]优选地，所述负极片包括负极活性材料，所述负极活性材料为金属锂，金属锂合金、石墨、硬碳、锂金属氮化物、氧化锑、碳锗复合材料、碳硅复合材料、钛酸锂、锂钛氧化物中的至少一种。
[0033]本专利技术的有益效果如下：
[0034]1.本专利技术提供的微胶囊涂覆在隔膜上，由于微胶囊的芯材为灭活剂，可以在高温下释放出灭活剂，与负极活性物质反应，完全或部分灭活负极活性物质，降低负极活性，使电池不会发生或降低延迟内短路起火风险，能够在电池热失控发生开始阶段，从根本上消
除电池热失控的风险，从而起到提高锂离子电池的热安全性的作用，为电池提供安全性保护。本专利技术提供的微胶囊结构易于制备，其技术纯熟度高，易于扩大化生产，所以无论是在实验室进行的快速验证样品，还是进一步扩大化，都有很好的应用价值。
[0035]2.本专利技术提供的微胶囊外壳材料与隔膜具有很好的兼容性，且对电池的性能没有影响或影响很小。
[0036]3.本专利技术提供的微胶囊价格便宜，易于得到和大规模生产，对于电池的提升的同时，能够将低电池成本。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例1制得的微胶囊的SEM图像。
[0038]图2为本专利技术实施例1制得的微胶囊的TG曲线。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微胶囊，其特征在于，所述微胶囊由内部负载有灭活剂的介孔微球和包覆在所述介孔微球表面的聚合物层构成；所述介孔微球的D50≤3um、D90≤8um，孔总体积为0.2
‑
0.3cm3/g、孔径为100
‑
300nm；所述灭活剂为有机酸；所述聚合物的熔点为100
‑
250℃。2.根据权利要求1所述的微胶囊，其特征在于，所述有机酸为柠檬酸、草酸、异辛酸中的至少一种。3.根据权利要求1所述的微胶囊，其特征在于，所述介孔微球为SiO2介孔微球、聚苯乙烯介孔微球、石墨介孔微球中的至少一种；所述聚合物为聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、三聚氰胺甲醛树脂、聚氟代碳酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯中的至少一种。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的微胶囊的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、先采用真空浸渍法将灭活剂吸附在介孔微球内部，然后加热处理使灭活剂重结晶固化，得到内部负载有灭活剂的介孔微球；S2、在所述内部负载有灭活剂的介孔微球表面包覆聚合物层，使介孔封闭，得到所述微胶囊。5.根据权利要求4所述的微胶囊的制备方法，其特征在于，S1中，将灭活剂溶于溶剂中，得到灭活剂溶液，然后将介孔微球加入灭活剂溶液中，充分搅拌，然后过滤，将过滤得到的微球在抽真空条件下加热处理使灭活剂重结...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈树，张志勇，李洋，朱冠楠，王义飞，蔡毅，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：