锂离子电池用隔膜及制备方法、电化学装置制造方法及图纸

本申请提供一种锂离子电池用隔膜及制备方法、电化学装置。该隔膜包括基膜和形成在所述基膜至少一个表面的涂层；所述涂层的材料包括含氮聚合物和含氟聚合物；且R

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池用隔膜及制备方法、电化学装置


[0001]本专利技术涉及电化学元件的
，特别涉及一种锂离子电池用隔膜及制备方法、电化学装置。

技术介绍

[0002]锂电池隔膜是具有多孔结构的电绝缘性薄膜，作为锂电池的重要组成部分，其主要作用是用来阻隔正、负极板，防止电池内部短路。聚烯烃材料由于其价格低廉，有较好的机械强度和化学稳定性被广泛的应用于锂电池隔膜中。但普通的聚烯烃隔膜存在疏液表面和低的表面能，对电解液的浸润性较差，影响电池的循环寿命。同时聚烯烃的熔点较低，温度过高时会发生严重热收缩，电池使用过程中的内部热积聚情况易导致隔膜变形进而使正负极直接接触，引发电池短路，造成火灾或者爆炸。
[0003]为了提高聚烯烃隔膜的耐温性，目前市场主要使用陶瓷涂布于聚烯烃基膜表面来实现，赋予隔膜高耐热功能，降低隔膜的热收缩率，从而更有效地减少锂离子电池内部短路，防止因电池内部短路而引起的电池热失控。但是，使用陶瓷涂层来提高聚烯烃隔膜热稳定性的效果还是非常有限，为了进一步提高隔膜的热稳定性和降低隔膜热收缩率，以及提高隔膜与极片之间的粘结度，行业内提出了将陶瓷与聚偏氟乙烯（PVDF）等聚合物共同施用于聚烯烃隔膜上的方案。而为了进一步优化隔膜的性能，如耐热性，在聚烯烃隔膜的涂层中经常采用多种聚合物与陶瓷复合。

技术实现思路

[0004]本申请的目的之一是提供一种锂离子电池用隔膜，以改善了现有技术中隔膜上的涂层中聚合物分散不均匀的缺陷。
[0005]本申请的再一目的在于提供一种锂离子电池用隔膜的制备方法。
[0006]本申请的再一目的在于提供一种电化学装置。
[0007]隔膜的涂层中采用的含氟聚合物，如PVDF，PVDF易溶于极性溶剂中，因此极性溶剂成为了用于形成隔膜涂层的浆料的常用的溶剂；但在常温或者更高温度下，含氟聚合物常常容易团聚成团，其分散性较差，溶解时间长，影响生产效率和隔膜的性能。而隔膜的涂层中采用多种聚合物时，由于不同的聚合物在同一溶剂中的溶解性存在差异，进一步导致了用于涂层涂敷的浆料稳定性和均匀性都较差。以PVDF和聚酰胺酰亚胺为例，两种聚合物复合得到的隔膜，PVDF可以赋予隔膜与电池极片较好的粘接性能，聚酰胺酰亚胺可以赋予隔膜更好的耐热性；但是，PVDF和聚酰胺酰亚胺在极性溶剂中共混时，溶解性更差的聚酰胺酰亚胺会直接结晶析出，浆料稳定性、均匀性均比较差，涂覆后无法获得质量上乘的产品。
[0008]针对上述技术问题，专利技术人提供了一种锂离子电池用隔膜及其制备方法，其具体方案如下：第一方面，本申请公开了一种锂离子电池用隔膜，包括基膜和形成在所述基膜至少一个表面的涂层；所述涂层的材料包括含氮聚合物和含氟聚合物；且R
N
‑
F
＜3R；
其中R
N
‑
F
为涂层中相邻的N原子与F原子的最大距离，R为涂层表面及内部孔中的最大孔径。
[0009]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述R
N
‑
F
通过电镜能谱表征得到；所述电镜能谱的表征方法包括：利用扫描电镜和能谱分析获取隔膜中的N原子和F原子的分布图谱，并获取相邻N原子和F原子之间的距离。进一步地，在本申请的一些实施例中，所述含氟聚合物与所述含氮聚合物的质量比为（1:4）~（4:1）；和/或所述涂层中所述含氮聚合物的含量以质量分数计为10%~40%。
[0010]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述含氟聚合物的本体粘度为0.1~0.5L/g，熔点为120~170℃；和/或所述含氮聚合物的本体粘度为0.05~0.6L/g，熔点高于150℃。
[0011]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述含氟聚合物的重均分子量为50000~1000000；和/或所述含氮聚合物的重均分子量为100000~1500000。
[0012]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述含氟聚合物包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的共聚物中的一种或多种；和/或所述含氮聚合物为聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、芳纶、芳砜纶中的一种或多种。
[0013]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述隔膜中氯离子的含量不高于500ppm。
[0014]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述涂层还包括Dv50为0.1μm~2.0μm 的无机陶瓷颗粒；其中，所述无机陶瓷颗粒在所述涂层中的含量以质量分数计为20%~85%。
[0015]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述无机陶瓷颗粒包括氧化物陶瓷颗粒、氮化物陶瓷颗粒以及勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、硫酸钡、碳酸钙、硅灰石、碳化硅中的至少一种。
[0016]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述基膜为聚烯烃基膜，所述聚烯烃基膜的厚度为3~15μm，透气值＜250s/100cc。
[0017]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述隔膜的透气值为100
‑
400s/100cc，单面的所述涂层的厚度为0.3~4μm，单位涂层面密度为0.3
‑
2.0g/m2/mm，所述隔膜的130℃收缩率低于7.5%；所述涂层与所述基膜的粘接强度高于3 N/m。
[0018]第二方面，本申请还提供一种锂离子电池用隔膜的制备方法，包括：S1:在不高于10℃的温度下混合溶剂、含氮聚合物和含氟聚合物，得到混合物；其中，所述溶剂为极性溶剂；S2：在所述混合物中加入所述混合物的质量分数0.1~6%的无水氯化锂，混合0.5~2h，使所述无水氯化锂、含氮聚合物和含氟聚合物完全溶解，脱泡，得到浆料；S3：在15
‑
35℃的温度下在基膜表面利用浆料形成涂层液膜；且在15~35℃的温度下利用凝固浴使所述涂层液膜形成涂层，所述浆料温度和所述凝固浴的温度差控制在5℃以内；洗涤、干燥，得到隔膜。
[0019]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述凝固浴的浴液中含有极性有机物，且所述极性有机物的浓度为20
‑
60%。
[0020]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述极性溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺、丙酮、二甲基亚砜、磷酸三乙酯中的至少一种。
[0021]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述混合物中含氮聚合物的质量浓度为0.5~7.5%；所述混合物中含氟聚合物的质量浓度为0.5~7.5%。
[0022]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述含氮聚合物和含氟聚合物分多次加入所述极性溶剂中，且所述含氮聚合物和含氟聚合物的加入量依次递减；在S1中的温度控制在
‑
10℃~10℃的范围内。
[0023]进一步地，在本申请的一些实施例中，所述极性溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基乙酰胺、N,N
‑
二甲基甲酰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用隔膜，其特征在于，包括基膜和形成在所述基膜至少一个表面的涂层；所述涂层的材料包括含氮聚合物和含氟聚合物；且R
N
‑
F
＜3R；其中R
N
‑
F
为涂层中相邻的N原子与F原子的最大距离，R为涂层表面及内部孔中的最大孔径；所述R
N
‑
F 通过电镜能谱表征得到，表征方法包括：利用扫描电镜和能谱分析获取隔膜中的N原子和F原子的分布图谱，并获取相邻N原子和F原子之间的距离。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述含氟聚合物与所述含氮聚合物的质量比为（1：4）~（4：1）；和/或所述涂层中所述含氟聚合物的含量以质量分数计为10~40%；所述涂层中所述含氮聚合物的含量以质量分数计为10~40%。3.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述含氟聚合物的本体粘度为0.1~0.5L/g，熔点为120~170℃；和/或所述含氮聚合物的本体粘度为0.05~0.6L/g，熔点高于150℃。4.根据权利要求1~3任一项所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述含氟聚合物的重均分子量为50000
‑
1000000；和/或所述含氮聚合物的重均分子量为100000
‑
1500000。5.根据权利要求4所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述含氟聚合物包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的共聚物中的一种或多种；和/或所述含氮聚合物为聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、芳纶、芳砜纶中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述隔膜中氯离子的含量不高于500ppm。7.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述涂层还包括Dv50为0.1μm~2.0μm的无机陶瓷颗粒；其中，所述无机陶瓷颗粒在所述涂层中的含量以质量分数计为20%~85%。8.根据权利要求7所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述无机陶瓷颗粒包括氧化物陶瓷颗粒、氮化物陶瓷颗粒以及勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、硫酸钡、碳酸钙、硅灰石、碳化硅中的至少一种。9.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述基膜为聚烯烃基膜，所述聚烯烃基膜的厚度为3μm~15μm，透气值＜250s/100cc。10.根据权利要求9所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述隔膜的透气值为100~400s/100cc，单面的所述涂层的厚度为0.3~4μm，单位涂层面密度为0.3~2.0 g/m2/mm，所述隔膜的130℃收缩率低于7.5%；所述涂层与所述基膜的粘接强度高于3 N/m。11.一种锂离子电池用隔膜的制备方法，其特征在于，包括：S1:在不高于10℃的温度下混合溶剂、含氮聚合物和含氟聚合物，得到混合物；其中，所述溶剂为极性溶剂；S2：在所述混合物中加入所述混合物的质量分数0.1~6%的无水氯化锂，混合0.5~2h，使...

【专利技术属性】
技术研发人员：马平川，刘杲珺，高飞飞，杜敬然，孙源，李雅迪，颜廷国，纪玉峰，董浩宇，
申请(专利权)人：中材锂膜宜宾有限公司，
类型：发明
国别省市：