电芯隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种电芯隔膜及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
电芯隔膜及其制备方法、应用、电芯、电芯级联结构


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种电芯隔膜及其制备方法
、
应用
、
电芯
、
电芯级联结构
。

技术介绍

[0002]为了改善锂电池的安全性，目前通常采用在隔膜表面涂覆涂层的方式
。
现有技术中，涂层隔膜产品主要包括陶瓷涂覆隔膜
、
树脂涂覆隔膜
、
纳米树脂涂覆隔膜和水性
PVDF
涂覆隔膜
。
其中，陶瓷涂覆隔膜所用材料一般为
Al2O3，树脂涂覆隔膜所用材料一般为芳纶等聚合物树脂，纳米树脂涂覆材料所用材料一般为纳米球形聚合树脂，水性
PVDF
涂覆隔膜一般采用
PVDF
和
Al2O3混合涂覆
。
由于陶瓷涂覆隔膜具有热稳定性好
、
安全性高的特点，应用日益广泛
。
[0003]随着硅基负极电池的应用，在能量密度提高的同时，硅基负极膨胀较大，是石墨负极的三倍，导致了硅基负极容易粉化
、
脱落，从而引起电池循环寿命较短的问题
。
现有技术中，针对硅基负极引起问题，主要是采用纳米硅和带胶陶瓷隔膜
。
但是纳米硅比表面积大，存在副反应多
、
界面阻抗大等问题
。
带胶陶瓷隔膜与硅基负极粘结后，虽然能够保持一定跟随性，缓解界面阻抗大的问题，但是目前带胶陶瓷隔膜中
Al2O3涂层的线性膨胀率和硅基负极并不一致，当处于恶劣环境中，电池热管理不工作，线膨胀系数的不一致会带来较大的内应力应变，进而导致较大的阻抗，影响电池的循环寿命
。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是如何提供一种能够减少负极与隔膜间内应力，降低电池界面阻抗，提升电池循环寿命的电芯隔膜
。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种电芯隔膜，包括隔膜基体和涂覆于所述隔膜基体其中一侧或两侧表面的氮化铝涂层；所述氮化铝涂层包括底层和表层，所述底层涂覆于所述隔膜基体的表面，所述表层位于所述底层远离所述隔膜基体的一侧，且所述底层中氮化铝的粒径大于所述表层中氮化铝的粒径
。
[0006]可选地，所述底层中所述氮化铝的粒径为
150
‑
350nm
，所述表层中所述氮化铝的粒径为
50
‑
250nm。
[0007]可选地，所述电芯隔膜还包括涂胶层，所述涂胶层涂覆于所述氮化铝涂层和
/
或所述隔膜基体的未被涂覆的表面
。
[0008]可选地，所述涂胶层包括涂胶区域和未涂胶区域，所述涂胶区域呈条形分布在所述氮化铝涂层和
/
或隔膜基体的表面，且多个所述涂胶区域间隔分布
。
[0009]可选地，所述氮化铝涂层的厚度为2‑3μ
m。
[0010]本专利技术通过在隔膜基体上设置氮化铝涂层形成电芯隔膜，氮化铝的导热系数高
、
禁带宽度大，能够形成快速导热
、
散热的通道，且氮化铝与石墨
、
硅
、
碳化硅等材料的热膨胀系数接近，将其应用于电芯，能够减少硅基负极与电芯隔膜之间的内应力和变形，降低电池
界面阻抗，提升电池循环寿命；此外，在中高温且有氧的条件下，氮化铝与氧气的亲和力极强，能够消耗氧气并生成氮气，既能贫氧，又能形成氮气保护层进一步隔绝氧气，且由于氮化铝的热膨胀系数低
、
高温稳定性和绝缘性好，能够显著降低热失控的风险，氮化铝的密度较低，具有更高的能量密度潜力；氮化铝涂层包括底层和表层，分别采用不同粒径的氮化铝，由于底层采用较大粒径的氮化铝，具有较高的孔隙率，而表层采用了较小粒径的氮化铝，具有较高的比表面积，通过底层和表层的配合，同时实现了高保液性和高氧气捕捉能力，显著提高了电池的循环性能和安全性
。
[0011]本专利技术还提供了一种电芯隔膜的制备方法，用于制备如上所述的电芯隔膜，包括以下步骤：
[0012]步骤
S1、
将黏结剂分散于有机溶剂中，得到黏结剂溶液；
[0013]步骤
S2、
将第一氮化铝粉末加入所述黏结剂溶液中，搅拌混合，得到第一氮化铝溶液；
[0014]步骤
S3、
将第二氮化铝粉末加入所述黏结剂溶液中，搅拌混合，得到第二氮化铝溶液，其中，第一氮化铝粉末中氮化铝的粒径大于所述第二氮化铝粉末中氮化铝的粒径；
[0015]步骤
S4、
将所述第一氮化铝溶液涂覆于隔膜基体的其中一侧或两侧表面，烘干后形成底层；
[0016]步骤
S5、
将所述第二氮化铝溶液涂覆于所述底层表面，烘干后形成表层，得到电芯隔膜
。
[0017]可选地，所述第一氮化铝溶液中所述第一氮化铝粉末的质量分数为
20
‑
50
％，所述第二氮化铝溶液中所述第二氮化铝粉末的质量分数为
20
‑
50
％
。
[0018]本专利技术提供的电芯隔膜的制备方法相对于现有技术的有益效果，与电芯隔膜相同，在此不再赘述
。
[0019]本专利技术还提供一种电芯，包括如上所述的电芯隔膜
、
正极和负极，所述正极和所述负极分别位于所述电芯隔膜的两侧，且所述电芯隔膜至少在与所述负极靠近的一侧具有氮化铝涂层
。
[0020]本专利技术提供的电芯相对于现有技术的有益效果，与电芯隔膜相同，在此不再赘述
。
[0021]本专利技术还提供一种电芯级联结构，由至少两组如上所述的电芯串联而成，且相邻两组所述电芯之间采用如上所述的电芯隔膜隔开
。
[0022]本专利技术提供级联电芯由多组电芯串联形成，相邻两组电芯之间采用上述电芯隔膜隔开，整体上形成了“负极
‑
电芯隔膜
‑
正极
‑
电芯隔膜
‑
负极
‑
电芯隔膜
‑
正极”的串联结构，由于电芯隔膜中含有氮化铝涂层，氮化铝的机械性能较好，且具有高绝缘性，能够作为固定件，该级联电芯属于无模组设计，电芯级联后能够显著提高能量密度；此外，氮化铝涂层的导热系数较高，能够快速热疏通，且发生热失控时，由于氮化铝对氧亲和力极强，并与氧气反应生成
Al2O3和氮气，一方面，
Al2O3的导热系数较低，对周边环境起到隔热作用，另一方面，产生的氮气对失效区域隔绝氧气，形成氮气保护层，同时由于反应为吸热反应，显著降低了热失控的风险
。
[0023]本专利技术还提供如上所述的电芯隔膜在降低电池热失控风险中的应用
。
[0024]本专利技术通过将上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电芯隔膜，其特征在于，包括隔膜基体
(1)
和涂覆于所述隔膜基体
(1)
其中一侧或两侧表面的氮化铝涂层
(2)
；所述氮化铝涂层
(2)
包括底层
(21)
和表层
(22)
，所述底层
(21)
涂覆于所述隔膜基体
(1)
的表面，所述表层
(22)
位于所述底层
(21)
远离所述隔膜基体
(1)
的一侧，且所述底层
(21)
中氮化铝的粒径大于所述表层
(22)
中氮化铝的粒径
。2.
根据权利要求1所述的电芯隔膜，其特征在于，所述底层
(21)
中所述氮化铝的粒径为
150
‑
350nm
，所述表层
(22)
中所述氮化铝的粒径为
50
‑
250nm。3.
根据权利要求1所述的电芯隔膜，其特征在于，还包括涂胶层
(3)
，所述涂胶层
(3)
涂覆于所述氮化铝涂层
(2)
和
/
或所述隔膜基体
(1)
的未被涂覆的表面
。4.
根据权利要求3所述的电芯隔膜，其特征在于，所述涂胶层
(3)
包括涂胶区域
(31)
和未涂胶区域，所述涂胶区域
(31)
呈条形分布在所述氮化铝涂层
(2)
和
/
或所述隔膜基体
(1)
的表面，且多个所述涂胶区域
(31)
间隔分布
。5.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金则兵，陈春辉，门方，谢普，刘文强，周磊，田志松，王鹏，赵福成，
申请(专利权)人：浙江吉利动力总成有限公司，
类型：发明
国别省市：