一种多孔功能涂层隔膜及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术属于电池技术领域，涉及锂离子电池隔膜，具体涉及一种多孔功能涂层隔膜及其制备方法、锂离子电池。多孔功能涂层隔膜包括隔膜基层和多孔功能涂层，所述多孔功能涂层位于隔膜基层的一侧，所述多孔功能涂层由PMMA与补锂复合材料混涂形成，所述补锂复合材料为草酸锂与多孔碳的复合材料，且所述草酸锂填充在多孔碳的孔道结构中，和/或所述草酸锂包覆在多孔碳的表面；采用所述隔膜制备锂离子电池时，热压过程中，多孔功能涂层将所述隔膜与正极片粘结在一起；在化成过程中，补锂复合材料中的草酸锂分解为锂盐和二氧化碳。本发明专利技术能够提升隔膜热压后离子通过效率且赋能粘结层补锂功能。膜热压后离子通过效率且赋能粘结层补锂功能。膜热压后离子通过效率且赋能粘结层补锂功能。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔功能涂层隔膜及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，涉及锂离子电池隔膜，具体涉及一种多孔功能涂层隔膜及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]隔膜作为锂离子电池四大主材之一，起着阻隔正负极接触短路，同时其微孔结构为离子提供有效通道，构成完整充放电回路。目前，商用化使用的隔膜材料以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)材质为主，并涂覆陶瓷或耐高温有机材料以提升耐高温性能。通常为提升电芯硬度，改善隔膜与极片的界面性能，会增加一层粘结层。常用的涂胶手段以水系/油系涂覆聚偏二氟乙烯(PVDF)为主，但其存在透气度增加，堵孔等问题，造成电池内阻增加。另一方面，锂离子电池在进行首次充放电的过程中，由于SEI膜的形成会消耗部分活性锂离子，造成首次充放电效率偏低，锂离子电池的容量及能量密度下降。
[0004]业界通常采用油系涂覆PVDF过程中进行造孔改善透气度增加的问题或使用喷涂进行局部涂覆减小透气度增加。据专利技术人研究发现，目前为改善油系涂覆PVDF过程中存在的透气度增加的问题所采用的造孔工艺中存在以下问题：1.添加造孔剂需要萃取固化后成孔，工艺繁琐，成本较高；2.造孔的PVDF涂覆隔膜在电芯热压过程中容易坍塌造成透气增大，影响电池倍率性能。

技术实现思路

[0005]为了提升隔膜热压后离子通过效率且赋能粘结层补锂功能，本专利技术的目的是提供一种多孔功能涂层隔膜及其制备方法、锂离子电池。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]一方面，一种多孔功能涂层隔膜，包括隔膜基层和多孔功能涂层，所述多孔功能涂层位于隔膜基层的一侧，所述多孔功能涂层由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)与补锂复合材料混涂形成，所述补锂复合材料为草酸锂与多孔碳的复合材料，且所述草酸锂填充在多孔碳的孔道结构中，和/或所述草酸锂包覆在多孔碳的表面；
[0008]采用所述隔膜制备锂离子电池时，热压过程中，多孔功能涂层将所述隔膜与正极片粘结在一起；在化成过程中，补锂复合材料中的草酸锂分解为锂盐和二氧化碳。
[0009]本专利技术为了避免热压过程中孔道坍塌造成孔道堵塞，采用粘结剂和多孔材料，通过预先在多孔材料中复合补锂剂，不仅能够避免热压过程中粘结剂堵塞孔道，而且能够对多孔功能涂层进行补锂赋能。选择草酸锂作为补锂剂，能够在成化过程中分解，从而使得多孔材料中的孔道空出，选择多孔碳能够降低草酸锂在成化过程中的分解电压，有效提高电池性能。然而，采用常规PVDF粘结剂时，由于添加了补锂复合材料，导致其复合形成的多孔
功能涂层与极片的粘结性显著下降，不利于隔膜与极片的粘结，因此，本专利技术选择PMMA作为粘结剂，其与补锂复合材料复合形成的多孔功能涂层与极片的粘结性未有显著下降，更有利于隔膜与极片的粘结，从而保证电芯的硬度和界面性能。
[0010]另一方面，一种上述多孔功能涂层隔膜的制备方法，包括如下步骤：
[0011]通过重结晶将草酸锂填充在多孔碳的孔道结构中和/或将草酸锂包覆在多孔碳的表面，获得补锂复合材料；
[0012]将PMMA分散至有机溶剂中，获得PMMA浆料；
[0013]将补锂复合材料加入至PMMA浆料中分散均匀获得复合浆料，将复合浆料辊涂至隔膜基层的一侧表面，使复合浆料形成多孔功能涂层，即得。
[0014]第三方面，一种锂离子电池，所述锂离子电池为热压复合电芯，包括正极片、上述多孔功能涂层隔膜、电解液和负极片，所述正极片、孔功能涂层隔膜和负极片热压复合形成。
[0015]本专利技术的有益效果为：
[0016]相比于传统补锂剂，本专利技术选择草酸锂，易储存使用，其与多孔碳(尤其是有序介孔碳)复合，在化成阶段时，草酸锂分解为锂盐和二氧化碳，锂盐作为补锂剂参与电池锂离子循环，而产生的二氧化碳气体则在化成阶段排出；同时，多孔碳的添加能够有效降低草酸锂的分解电压。采用本专利技术提供的多孔功能涂层隔膜制成的电芯(锂离子电池)在首圈库伦效率和循环性能方面都有明显提升，且首圈库伦效率越高，代表其补锂效果越好，补充的锂源用于SEI膜的形成，正极材料的活性锂利用率增大，循环寿命变长。而且有序介孔碳中的草酸锂已分解进入电池循环中，空出的通道提供锂离子穿梭，起到了造孔的作用，降低隔膜透气值，从而提升隔膜的保液能力和离子通过率。
附图说明
[0017]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0018]图1为本专利技术实施例中采用的有序介孔碳CMK
‑
3的SEM图；
[0019]图2为本专利技术实施例制备的多孔功能涂层隔膜的结构示意图，1、补锂复合材料，2、PMMA粘结剂，3、补锂复合材料。
具体实施方式
[0020]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0021]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]鉴于现有隔膜造孔改善透气度的方法不适于热压复合电芯以及锂离子电池首次充放电过程中形成SEI会消耗部分活性锂离子等问题，本专利技术提出了一种多孔功能涂层隔
膜及其制备方法、锂离子电池。
[0023]本专利技术的一种典型实施方式，提供了一种多孔功能涂层隔膜，包括隔膜基层和多孔功能涂层，所述多孔功能涂层位于隔膜基层的一侧，所述多孔功能涂层由PMMA与补锂复合材料混涂形成，所述补锂复合材料为草酸锂与多孔碳的复合材料，且所述草酸锂填充在多孔碳的孔道结构中，和/或所述草酸锂包覆在多孔碳的表面；
[0024]采用所述隔膜制备锂离子电池时，热压过程中，多孔功能涂层将所述隔膜与正极片粘结在一起；在化成过程中，补锂复合材料中的草酸锂分解为锂盐和二氧化碳。
[0025]在热压过程中，PMMA将隔膜与极片粘结在一起，保证电芯的硬度和界面性能。在化成过程中，有序介孔碳中的草酸锂会分解成锂盐和二氧化碳，二氧化碳将在排气工序排除。而锂盐将溶于电解液参与电池循环。介孔碳上从而空出的通道会提供给锂离子穿梭，从而提升隔膜的保液能力和离子通过率。
[0026]通过PMMA与补锂复合材料进行混涂，在热压过程中有序介孔碳的孔道由于草酸锂的填充，不易被PMMA填充堵孔。在化成过程中，草酸锂分解，孔道供离子通过，相比于传统的粘结层，其孔隙结构在电芯热压工序后形成，避免了热压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔功能涂层隔膜，其特征是，包括隔膜基层和多孔功能涂层，所述多孔功能涂层位于隔膜基层的一侧，所述多孔功能涂层由PMMA与补锂复合材料混涂形成，所述补锂复合材料为草酸锂与多孔碳的复合材料，且所述草酸锂填充在多孔碳的孔道结构中，和/或所述草酸锂包覆在多孔碳的表面；采用所述隔膜制备锂离子电池时，热压过程中，多孔功能涂层将所述隔膜与正极片粘结在一起；在化成过程中，补锂复合材料中的草酸锂分解为锂盐和二氧化碳。2.如权利要求1所述的多孔功能涂层隔膜，其特征是，所述多孔碳为有序介孔碳CMK
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3、纳米多孔碳NCP、多孔活性碳、多孔碳纳米管、多孔碳纤维和多孔碳气凝胶中的一种或多种；优选为有序介孔碳CMK
‑
3。3.如权利要求1所述的多孔功能涂层隔膜，其特征是，PMMA与补锂复合材料的质量比为8～10:2～5。4.一种权利要求1～3所述的多孔功能涂层隔膜的制备方法，其特征是，包括如下步骤：通过重结晶将草酸锂填充在多孔碳的孔道结构中和/或将草酸锂包覆在多孔碳的表面，获得补锂复合材料；将PMMA分散至有机溶剂中，获得PMMA浆料；将补锂复合材料加入至PMMA浆料中分散均匀获得复合浆料，将复合浆料辊涂至隔膜基层的一侧表面，使复合浆料形成多孔功能涂层，即得。5.如权利要求4所述的多孔功能涂层隔膜的制备方法，其特征是，利用重结晶制备补锂复合材料的过程为：将水升温至80～100℃，加入草酸锂配制饱和溶液，加入多孔碳分散均匀，降温至0～50℃，过滤获得补锂复合材料；优选地，水、草酸锂和多孔碳分的质量比为80～100:2～8:5～15。6.如权利要求4所述的多孔功能涂层隔膜的制备方法，其特征是，制备PMMA浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：马超，吴冠宇，苏航，战鹏，
申请(专利权)人：安徽得壹能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：