一种锂电池复合隔膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种锂电池复合隔膜及其制备方法与应用，属于电池隔膜技术领域。该复合隔膜包括聚烯烃微孔膜以及设置于聚烯烃微孔膜的至少一个表面的杂化涂层；杂化涂层中的刚性杂化粒子包括核层、中间层及壳层，核层含有多孔的无机粒子微球，中间层具有含磷丙烯酸酯单体的聚合物，壳层具有丙烯酸单体的聚合物。壳层的聚合物在较低的温度和压力的条件下即可熔化实现隔膜与极片的压合；中间层的聚合物在热失控发生的初期即可熔化形成阻燃层；核层的无机粒子微球保证了在外层的聚合物熔化后，内部可具有一定刚性，多孔结构可保证离子透过性。上述复合隔膜可改善和避免热失控易燃的问题，同时可提高电芯制造效率。同时可提高电芯制造效率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池复合隔膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池隔膜
，具体而言，涉及一种锂电池复合隔膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为公认的理想储能元件，在近几十年来取得了重大的进步，在便携式电子产品、电动汽车等大型储能领域做出了卓越的贡献。随着锂离子电池的大量应用，电池的安全性和高能量密度变得越来越重要和具有挑战性。随着电池的单体电芯容量和尺寸需求的增大，为保障生产制造的高效性，对电芯制造也提出了要求。电芯制造时为了防止极片错位，需要将隔膜与极片进行热压合，需要赋予足够的压力、温度和时间，这对隔膜也提出了较高的要求。
[0003]锂电池内部短路、瞬间大电流放电极易引起爆炸，电池隔膜是爆炸发生的主要导火索之一，其性能的提升是改善锂离子电池安全性的重要研究方向。现有的产业化隔膜主要以聚烯烃类隔膜为主，聚烯烃自身的特性使得受热时容易收缩，造成隔膜尺寸不稳定，同时闭孔温度和破膜温度较低，容易失控易燃。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种锂电池复合隔膜，可改善电池隔膜易燃的问题，并可实现电池隔膜的大规模化生产。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种上述锂电池复合隔膜的制备方法。
[0007]本专利技术的目的之三在于提供一种上述锂电池复合隔膜的应用。
[0008]本申请可这样实现：第一方面，本申请提供一种锂电池复合隔膜，其包括聚烯烃微孔膜以及设置于聚烯烃微孔膜的至少一个表面的杂化涂层；杂化涂层中含有刚性杂化粒子；刚性杂化粒子包括由内至外依次设置的核层、中间层以及壳层，其中，核层中含有多孔的无机粒子微球，中间层具有含磷丙烯酸酯单体的聚合物，壳层具有丙烯酸单体的聚合物；中间层中聚合物的玻璃转化温度为90
‑
100℃，壳层中聚合物的玻璃化转变温度为30
‑
45℃。
[0009]在可选的实施方式中，刚性杂化粒子具有以下特征中的至少一种：特征一：刚性杂化粒子呈类球形；特征二：刚性杂化粒子的粒径为600
‑
900nm；特征三：无机粒子微球的粒径为500
‑
700nm；特征四：无机粒子微球的孔径为2
‑
50nm；特征五：无机粒子微球包括氧化铝微球、勃姆石微球、二氧化硅微球和硫酸钡微球
中的至少一种；特征六：含磷丙烯酸酯单体包括甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯、乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯和烷基丙烯酸酯磷酸酯中的至少一种；特征七：丙烯酸单体的聚合物为丙烯酸
‑2‑
乙基己酯与甲基丙烯酸异辛酯的共聚物；特征八：多孔的无机粒子微球、含磷丙烯酸酯单体与丙烯酸单体的质量比为60
‑
70:15
‑
20:15
‑
20。
[0010]在可选的实施方式中，刚性杂化粒子经以下方法制备得到：将无机粒子微球、含磷丙烯酸酯单体以及含分散剂的溶液混合，加入引发剂进行第一次聚合；随后与丙烯酸单质混合并进行第二次聚合。
[0011]在可选的实施方式中，引发剂包括偶氮二异丁腈；和/或，分散剂包括十二烷基硫酸钠；和/或，引发剂的用量为含磷丙烯酸酯单体的2
‑
3wt%。
[0012]在可选的实施方式中，刚性杂化粒子的制备过程包括以下特征中的至少一种：特征一：无机粒子微球与含磷丙烯酸酯单体是于500
‑
700rpm的条件下混合120
‑
150min；特征二：第一次聚合是于70
‑
80℃的条件下进行4
‑
5h；特征三：第二次聚合是于70
‑
80℃的条件下进行4
‑
5h。
[0013]在可选的实施方式中，锂电池复合隔膜包括以下特征中的至少一种：特征一：按质量百分数计，杂化涂层中包括45
‑
60%的无机粒子、36
‑
50%的刚性杂化粒子以及4
‑
5%的分散剂；特征二：无机粒子为多孔微球，无机粒子包括氧化铝、勃姆石、二氧化硅和硫酸钡中的至少一种；特征三：聚烯烃微孔膜包括聚乙烯单层微孔膜、聚丙烯单层微孔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯多层微孔膜、聚丙烯多层微孔膜中的一种；特征四：聚烯烃微孔膜的厚度为5
‑
25μm；特征五：杂化涂层的单层厚度为1
‑
3μm。
[0014]第二方面，本申请提供如前述实施方式任一项的锂电池复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：于聚烯烃微孔膜的至少一个表面设置杂化涂层。
[0015]在可选的实施方式中，将杂化涂层的原料的浆料涂覆于聚烯烃微孔膜的至少一个表面，干燥。
[0016]在可选的实施方式中，锂电池复合隔膜的制备过程包括以下特征中的至少一种：特征一：原料的浆料由刚性杂化粒子的乳液、无机粒子、分散剂与水混合而得；特征二：混合是在700
‑
900rpm转速下进行；特征三：涂覆速度为30
‑
50m/min；特征四：干燥方式为真空干燥，真空干燥温度为20
‑
30℃；特征五：干燥方式为真空干燥，真空干燥时间为30
‑
50min；特征六：刚性杂化粒子的乳液的固含量为30
‑
40wt%；特征七：原料的浆料的固含量为35
‑
40wt%。
[0017]第三方面，本申请提供如前述实施方式任一项的锂电池复合隔膜的应用，如用于
生产锂离子电池。
[0018]本申请的有益效果包括：本申请锂电池复合隔膜中所用的刚性杂化粒子，其壳层的聚合物具有压敏性和热敏性，其玻璃化转变温度为30
‑
45℃，在略高于室温的条件下，可作为浆料的粘合剂使用，赋予其较低的压力，其即可熔化实现隔膜与极片的压合；中间层的聚合物的玻璃转化温度为90
‑
100℃，在热失控发生的初期即可熔化并且形成阻燃层，提高电池的安全性；核层的无机粒子微球保证了在外层的聚合物熔化后，内部可具有一定刚性以支撑维持微球形状，多孔结构可确保粒子之间的空隙，不至于堵孔，保证了离子透过性。
[0019]含上述刚性杂化粒子的电池复合具有较低的密度、良好的离子透过性及阻燃性，有利于改善和避免热失控易燃的问题，同时热敏性和压敏性使得在装配电芯时隔膜与极片压合只需较低的压力、温度和较短的热压时间，提高了电芯制造效率，有利于实现大规模化生产。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0021]下面对本申请提供的锂电池复合隔膜及其制备方法与应用进行具体说明。
[0022]专利技术人提出：目前有的技术是在常规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池复合隔膜，其特征在于，所述锂电池复合隔膜包括聚烯烃微孔膜以及设置于所述聚烯烃微孔膜的至少一个表面的杂化涂层；所述杂化涂层中含有刚性杂化粒子；所述刚性杂化粒子包括由内至外依次设置的核层、中间层以及壳层，其中，核层中含有多孔的无机粒子微球，中间层具有含磷丙烯酸酯单体的聚合物，壳层具有丙烯酸单体的聚合物；所述中间层中聚合物的玻璃转化温度为90
‑
100℃，所述壳层中聚合物的玻璃化转变温度为30
‑
45℃。2.根据权利要求1所述的锂电池复合隔膜，其特征在于，所述刚性杂化粒子具有以下特征中的至少一种：特征一：所述刚性杂化粒子呈类球形；特征二：所述刚性杂化粒子的粒径为600
‑
900nm；特征三：所述无机粒子微球的粒径为500
‑
700nm；特征四：所述无机粒子微球的孔径为2
‑
50nm；特征五：所述无机粒子微球包括氧化铝微球、勃姆石微球、二氧化硅微球和硫酸钡微球中的至少一种；特征六：所述含磷丙烯酸酯单体包括甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯、乙二醇甲基丙烯酸酯磷酸酯和烷基丙烯酸酯磷酸酯中的至少一种；特征七：丙烯酸单体的聚合物为丙烯酸
‑2‑
乙基己酯与甲基丙烯酸异辛酯的共聚物；特征八：多孔的无机粒子微球、含磷丙烯酸酯单体与丙烯酸单体的质量比为60
‑
70:15
‑
20:15
‑
20。3.根据权利要求2所述的锂电池复合隔膜，其特征在于，所述刚性杂化粒子经以下方法制备得到：将无机粒子微球、含磷丙烯酸酯单体以及含分散剂的溶液混合，加入引发剂进行第一次聚合；随后与丙烯酸单质混合并进行第二次聚合。4.根据权利要求3所述的锂电池复合隔膜，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈；和/或，所述分散剂包括十二烷基硫酸钠；和/或，所述引发剂的用量为所述含磷丙烯酸酯单体的2
‑
3wt%。5.根据权利要求3所述的锂电池复合隔膜，其特征在于，刚性杂化粒子的制备过程包括以下特征中的至少一种：特征一：无机粒子微球与含磷丙烯酸酯单体是于500
‑
700rpm的条件下混合120
‑
150min；...

【专利技术属性】
技术研发人员：田慧婷，张文浩，王绪，邵伟恒，李健权，
申请(专利权)人：合肥长阳新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：