一种复合隔膜及其制备方法和电池技术

本发明专利技术公开了一种复合隔膜及其制备方法和电池

【技术实现步骤摘要】
一种复合隔膜及其制备方法和电池


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种复合隔膜及其制备方法和电池
。

技术介绍

[0002]由于全固态电池或半固态电池中不含或只含有少量的液态电解质，其安全性能相比于液态电池大大提升
。
其中，全固态电池利用固态电解质代替液态电解质，从而使得电池内部仅存在固相，半固态电池中利用固态电解质代替一部分液态电解质，使得固态电解质和液态电解质同时存在于半固态电池内部
。
[0003]液态电池中一般包括隔膜，其主要作用是将电池的正极和负极分隔开来，避免两极接触而短路，此外，隔膜本身是多孔状结构，具有能够使电解质离子通过的功能
。
固态电池或半固态电池中一般采用固态电解质膜作为隔绝正负极并提供离子传导功能的重要部件，固态电解质膜中采用的固态电解质主要分为聚合物固态电解质
、
无机陶瓷固态电解质和二者复合固态电解质
。
[0004]聚合物固态电解质是一类能够传输锂离子并可以有效隔绝正负极接触短路的聚合物薄膜材料，其主要成分是聚合物和含锂物质
。
[0005]无机陶瓷固态电解质主要包括硫化物陶瓷固态电解质
、
氧化物陶瓷固态电解质和卤化物陶瓷固态电解质，无机陶瓷固态电解质可以依靠本身的结构特点起到传输锂离子的作用，同时又可以避免正负极直接接触
。
[0006]固态电解质层的制备方法中，目前比较流行的一种方法是将锂离子电池聚合物隔膜两侧涂覆无机陶瓷材料，利用凹版涂布工艺，在聚烯烃隔膜两侧涂上无机功能陶瓷材料，形成陶瓷复合隔膜，也即固态电解质层
。
此陶瓷复合隔膜面对正负极两侧的为无机陶瓷材料，无机陶瓷颗粒是用天然或者合成化合物经过成形和高温烧结形成的一类无机非金属材料，其具有高熔点
、
高硬度
、
耐磨性
、
耐氧化性等优点
。
但同时也导致了与正负极界面相容性较差的问题，在全固态或者半固态电池中，会造成较大的界面阻抗
。
[0007]因此，提供一种能够适用于固态电池或半固态电池的隔膜，使其能够与正负极具有良好的相容性和较低的界面阻抗，是亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种复合隔膜及其制备方法和电池
。
[0009]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种复合隔膜，所述复合隔膜包括陶瓷基体层以及位于所述陶瓷基体层两侧表面的基膜，所述陶瓷基体层中包括陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒包括第一陶瓷，所述第一陶瓷为氮化物无机陶瓷；
[0011]所述复合隔膜的两侧外表面均为所述的基膜
。
[0012]本专利技术的复合隔膜中，由于最外侧为基膜，基膜的组成一般为聚合物，利用聚合物
高弹性的特点，复合隔膜与正负极直接接触的部分相容性好，改善了电池的界面性能，能够有效降低界面电阻
。
该复合隔膜中氮化物无机陶瓷的使用对于复合隔膜综合性能的提升起到了关键作用，具体地：一
、
与其他的无机陶瓷相比，氮化物无机陶瓷具有更低的密度，因此可以最大限度地控制电池的整体质量；二
、
氮化物无机陶瓷具有良好的绝缘性，能够避免正负极直接接触；三
、
氮化物无机陶瓷的耐高温性能极佳，提升了隔膜的高温耐收缩性能，同时具有良好的导热性能，可在较短的时间内将热量传导至其他部位，因此能够在高温下起到很好的支撑作用，避免因隔膜变形导致的电池短路，确保电池高温下的安全性能
。
[0013]本专利技术的复合隔膜应用于全固态电池或半固态电池，可以在不明显牺牲电化学性能的前提下，提高电池的安全性能
。
[0014]本专利技术的复合隔膜的表面具有界面柔性层，实现了电解质与电极的良好接触，该体系可以很好地解决离子电导率和界面阻抗的问题，进而提高电池的电化学性能
。
同时，由于该复合隔膜具有良好的柔性，可应用于柔性器件领域
。
[0015]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果
。
[0016]优选地，所述氮化物无机陶瓷包括氮化硼
、
氮化铝
、
氮化硅
、
氮化钛和氮化镁中的至少一种，优选为氮化硼
。
[0017]本专利技术中，陶瓷隔膜的主要组成为聚合物，氮化硼中的硼原子可以在聚合物中形成路易斯酸位点，因此，在锂盐通过复合隔膜层时，能够使得锂离子迅速通过
。
[0018]优选地，所述氮化硼包括六方相氮化硼和
N
型立方相氮化硼中的至少一种
。
[0019]作为本专利技术所述复合隔膜的优选技术方案，所述陶瓷颗粒中还包括第二陶瓷，所述第二陶瓷包括三氧化二铝
、
二氧化钛
、
二氧化硅
、
二氧化锆
、
钼掺杂二氧化硅
、
硼化锆
、
氮化锆类化合物
、
硼化硅
、
硼化钒
、
硼化钛
、
硼化镁和无机陶瓷固态电解质中的至少一种
。
[0020]优选地，所述氮化锆类化合物包括
ZrN、o
‑
Zr3N4、c
‑
Zr3N4中的至少一种；
[0021]优选地，所述无机陶瓷固态电解质包括锂镧锆氧化合物
(lithium lanthanum zirconium oxide
，
LLZO)、
钛酸镧锂氧化合物
(lithium lanthanum titanate oxide
，
LLTO)、
钽掺杂锂镧锆氧化合物
(LLZTO)、
铝掺杂锂镧锆氧化合物
(LLZAO)、
锂锗磷硫化合物
(lithium germanium phosphorous sulfide,LGPS)、
锂磷硫氯化合物
(lithium phosphorous sulfur chloride,LPSCl)
和磷酸锗铝锂
(LAGP)
中的至少一种
。
[0022]优选地，所述第二陶瓷的质量占所述第一陶瓷质量的0％
‑
95
％且不含0％，例如
0.05
％
、0.1
％
、0.5
％
、1
％
、3
％
、5
％
、7
％
、10
％
、12.5
％
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜包括陶瓷基体层以及位于所述陶瓷基体层两侧表面的基膜，所述陶瓷基体层中包括陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒包括第一陶瓷，所述第一陶瓷为氮化物无机陶瓷；所述复合隔膜的两侧外表面均为所述的基膜
。2.
根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述氮化物无机陶瓷包括氮化硼
、
氮化铝
、
氮化硅
、
氮化钛和氮化镁中的至少一种；优选地，所述氮化硼包括六方相氮化硼和
N
型立方相氮化硼中的至少一种
。3.
根据权利要求1或2所述的复合隔膜，其特征在于，所述陶瓷颗粒中还包括第二陶瓷，所述第二陶瓷包括三氧化二铝
、
二氧化钛
、
二氧化硅
、
二氧化锆
、
钼掺杂二氧化硅
、
硼化锆
、
氮化锆类化合物
、
硼化硅
、
硼化钒
、
硼化钛
、
硼化镁和无机陶瓷固态电解质中的至少一种；优选地，所述氮化锆类化合物包括
ZrN、o
‑
Zr3N4、c
‑
Zr3N4中的至少一种；优选地，所述无机陶瓷固态电解质包括锂镧锆氧化合物
、
钛酸镧锂氧化合物
、
钽掺杂锂镧锆氧化合物
、
铝掺杂锂镧锆氧化合物
、
锂锗磷硫化合物
、
锂磷硫氯化合物和磷酸锗铝锂中的至少一种
。4.
根据权利要求3所述的复合隔膜，其特征在于，所述第二陶瓷的质量占所述第一陶瓷质量的0％
‑
95
％且不含0％，优选为
50
％
‑
80
％；优选地，所述第一陶瓷的颗粒粒径
D50
为
0.2
μ
m
‑2μ
m
，所述第二陶瓷的颗粒粒径
D50
为
0.2
μ
m
‑2μ
m
；优选地，所述第一陶瓷的颗粒粒径
D50
和所述第二陶瓷的颗粒粒径
D50
之比为
1:(0.5
‑
2)。5.
根据权利要求1‑4任一项所述的复合隔膜，其特征在于，所述陶瓷基体层中还包括聚合物粘结剂，所述聚合物粘结剂将所述陶瓷颗粒粘结在一起；优选地，所述聚合物粘结剂包括聚氧化乙烯
、
聚偏氟乙烯
、
聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物
、

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，
申请(专利权)人：重庆太蓝新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：