一种复合隔膜及其制备方法及电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体公开了一种复合隔膜。该复合隔膜从上到下依次包括多孔聚合物涂层、隔热层、基层、隔热层、多孔聚合物涂层；隔热层为纳米无机氧化物层。本发明专利技术还提供其制备方法，先将纳米无机氧化物分散于分散剂中制成浆料，然后将浆料涂覆在基层的上下两面上，制成隔热层；再将聚合物溶于溶剂中，加入增塑剂并搅拌均匀，制成聚合物涂液并涂覆在隔热层上；最后50～90℃下真空干燥。本发明专利技术还提供了一种使用该复合隔膜的电池。本发明专利技术的复合隔膜隔热性能好，高温下安全性能好。其制备方法工艺简单，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种复合隔膜及其制备方法及电池。
技术介绍
锂离子电池通常都是由正极、负极、隔膜和电解质组成，其中隔膜作为正负极之间 的阻隔物，其对电子有良好的绝缘性和对离子有较好的通过性，是电池的重要组成部分。实 际使用中，隔膜必须适应电池正、负极以及电解质等在充放电过程中产生的变化。另外，隔 膜性能还决定着电池的界面结构，电池内阻，进而影响着容量、循环性能、充放电电流密度 等电池的关键性能。游离的电解液在充放电循环中，不可避免地与正负极发生氧化还原副反应，消耗 大量电解液，造成电池贫液，从而使电池的极化增大，这不仅影响了电池电化学性能的发 挥，还易导致锂离子还原成金属锂并产生锂沉积结晶生成锂枝晶，存在安全隐患。目前，有文献记载了一种电池隔膜，其包括由聚乙烯或者聚丙烯作为的基层，以及 基层上下的聚合物膜层，聚合物膜层是经聚合物、增塑剂、分散剂混合成的浆料涂覆在基层 上下两面，最后经过萃取法形成多孔的聚合物膜层。该复合隔膜，由于外面的聚合物膜层对 电解液具有很好的吸附作用，从而避免电解液以游离状态存在电池中以及因此产生的负面 问题。并且该隔膜还可以改善了电池的界面特性。但是，在电池异常情况下，电池内部温度较高，由于中间基层的聚烯烃微多孔膜易 发生热收缩，轻则增大电池的内阻，降低电池的使用寿命；严重时可能导致电池正负极直接 接触而短路，造成电池安全隐患。该隔膜的制备方法，采用萃取法来造孔，不仅工艺操作繁琐，不利用工业化生产， 而且会有少量的萃取物质仍然残留在隔膜中，将导致电池在循环中胀气，最终减少电池的 使用寿命。并且该方法制成的聚合物膜层的孔隙率较低，电池使用过程中副产物极易在隔 膜和极片接触面堆积，存在安全隐患。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，现有技术中隔膜在高温下安全性能差，从而提供 一种安全性好的电池隔膜。一种复合隔膜，其从上到下依次包括多孔聚合物涂层、隔热层、基层、隔热层和多 孔聚合物涂层；所述隔热层涂覆在所述基层上，所述多孔聚合物涂层涂覆在所述隔热层上； 所述基层为聚烯烃微多孔膜，所述隔热层的材料为纳米无机氧化物，所述多孔聚合物涂层 中的聚合物选自含氟有机高分子、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸酯中的 一种或几种。本专利技术的第二个目的是提供了一种上述复合隔膜的制备方法。一种上述复合隔膜的制备方法，其包括如下步骤(1)将纳米无机氧化物分散于分散剂中制成浆料，然后将浆料涂覆在基层的上下两面上，形成隔热层；(2)将聚合物溶于溶剂中，再加入增塑剂并搅拌均勻，制成聚合物涂液；将聚合物 涂液涂覆在步骤(1)所述的隔热层上；(3)将步骤O)的产物在50 90°C下真空干燥。本专利技术的第三个目的是提供一种使用上述复合隔膜的电池。一种电池，其包括外壳、极芯以及电解液，所述电解液和极芯封装在外壳内，所述 极芯由正极、隔膜、负极卷绕或者层叠而成；所述隔膜为本专利技术所提供的复合隔膜。本专利技术的电池隔膜，由于在基层与聚合物涂层之间加入隔热层，隔热层中的纳米 无机氧化物可以有效阻隔来自电池电极的热量，保护基层不受高温损害，从而增强复合隔 膜的高温安全性能。附图说明图1是本专利技术一较佳实施例的复合隔膜的扫面电镜(SEM)图。 具体实施例方式一种复合隔膜，其从上到下依次包括多孔聚合物涂层、隔热层、基层、隔热层和多 孔聚合物涂层；所述隔热层涂覆在所述基层上，所述多孔聚合物涂层涂覆在所述隔热层上； 所述基层为聚烯烃微多孔膜，所述隔热层的材料为纳米无机氧化物，所述多孔聚合物涂层 中的聚合物选自含氟有机高分子、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸酯中的 一种或几种。其中，聚烯烃微多孔膜为本领域技术人员所公知的，本专利技术优选聚乙烯微多孔膜 或者聚丙烯微多孔膜。本专利技术的纳米无机氧化物优选选自Si02、Al203和T^2中一种或几种。其中，纳米无机氧化物平均粒径优选为10 500nm，更优选为20 lOOnm。本专利技术中，由纳米无机氧化物组成的隔热层，可减少由于热扩散而造成的隔膜热 收缩，因此具有很强的阻隔作用，可显著的降低电池短路而造成的安全隐患。其中，多孔聚合物涂层，能大量的吸收电解液，大大降低了游离电解液的含量。其中，含氟有机高分子为本领域技术人员所公知的，本专利技术优选聚偏氟乙烯 (PVDF)、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)和六氟乙烯-偏 二氟乙烯共聚物(HFP-PVDF)中一种或几种。本专利技术聚合物的数均分子量优选为2. 5 X IO5 IX 106，更优选5 X IO5 8X 105。优选地，本专利技术复合隔膜的基层的厚度为8 40 μ m，隔热层的厚度为2 8 μ m， 多孔聚合物涂层的厚度为4 20 μ m。本专利技术提供的复合隔膜，具有特有的五层结构；其最外层的多孔聚合物涂层对电 解液具有很强的吸附能力，可以有效减少电池中游离电解液的含量，从而避免游离的电解 液对电池造成的危害。并且多孔聚合物涂层，对电极具有很好的粘结性，可以改善电池内部 电极与隔膜之间的界面性质，不仅可以减弱电池内部副反应的发生，而且可显著的提高电 池循环寿命。次外层的隔热层为纳米无机氧化物，可减少由于热扩散而造成的隔膜热收缩， 因此具有很强的热阻隔作用，可显著的降低电池短路而造成的安全隐患。一种上述复合隔膜的制备方法，其包括如下步骤(1)将纳米无机氧化物分散于分散剂中制成浆料，然后将浆料涂覆在基层的上下 两面上，形成隔热层；(2)将聚合物溶于溶剂中，再加入增塑剂并搅拌均勻，制成聚合物涂液；将聚合物 涂液涂覆在步骤(1)所述的隔热层上；(3)将步骤O)的产物在50 90°C下真空干燥。其中，步骤(1)中分散剂为本领域技术人员所公知的，只要具有低沸点易挥发即 可，例如丙酮、甲苯等。每克纳米无机氧化物的分散剂用量优选为100 200克。步骤(1)的优选操作为将纳米无机氧化物加入到分散剂中并搅拌，控制转速 360 3600r/min，搅拌0. 5 3h。然后再超声波分散，控制功率50 150W，持续超声10 60min ；最后得到浆料。将浆料通过浸渍或转移式或喷涂的方式涂敷在基层的上下两面上。步骤O)中溶剂为与聚合物良好相容性，易于聚合物分散的溶剂。本专利技术优选选 用二恶烷、四氢呋喃、丙酮、2-丁酮、环己酮和乙酸乙酯中的一种或几种，更优选为丙酮或 2-丁酮。本专利技术增塑剂为与聚合物不溶或微溶，但与溶剂具有良好互溶性的液体。例如丁 烯碳酸酯(BC)、二甲基亚砜(DMSO)、乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、 Y-丁内酯(GBL)等。本专利技术增塑剂优选丙烯碳酸酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)和Y-丁内酯(GBL)中一 种或几种。本专利技术的增塑剂也常用作为电解液的主要成分，即使增塑剂在复合隔膜内有少量 残留，也不会影响电池的性能。优选地，以聚合物涂液的总重量为基准，在涂液中聚合物占为1 5wt%，溶剂占 85 97wt %，增塑剂占2 IOwt %。步骤O)的优选操作为将聚合物加入溶剂中搅拌，直至完全溶解，控制转速 360 3600r/min，搅拌0. 5 3h，溶解的温度为40 90度；然后在上述溶液中加入增塑 剂，搅拌为5 50min，转速为360r/min 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种复合隔膜，其从上到下依次包括：多孔聚合物涂层、隔热层、基层、隔热层和多孔聚合物涂层；所述隔热层涂覆在所述基层上，所述多孔聚合物涂层涂覆在所述隔热层上；所述基层为聚烯烃微多孔膜，所述隔热层的材料为纳米无机氧化物，所述多孔聚合物涂层中的聚合物选自含氟有机高分子、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸酯中的一种或几种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢皎，董谦，潘虹谷，潘福中，
申请(专利权)人：上海比亚迪有限公司，
类型：发明
国别省市：31