本發(fā)明涉及電池生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其涉及一種良好的熱關(guān)閉性能和耐高溫鋰電池隔膜。

背景技術(shù)：

鋰離子電池是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的新化學(xué)電源體系，與傳統(tǒng)的鎳鎘或鎳氫電池相比，它具有高比能量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應(yīng)和快速充、放電等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛用于便攜式電子產(chǎn)品如：手機(jī)、筆記本電腦、錄像機(jī)等所需的充電電池，還可作為電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力車所需的動(dòng)力電源等。電池隔膜作為電池的重要組成部分，直接影響電池的容量、循環(huán)性能以及安全性等特性，因此，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要作用。

隔膜用于高能量電池，重要的是電池中的電流回路必須在一旦出現(xiàn)電池故障和伴隨過(guò)熱時(shí)予以中斷，避免因電池繼續(xù)升溫造成隔膜熔融而發(fā)生電池大面積內(nèi)部短路，以致起火甚至爆炸而摧毀電池。

目前，市場(chǎng)上使用的鋰離子電池隔膜主要為聚烯烴隔膜，包括單層聚乙烯、單層聚丙烯、以及聚烯烴三層復(fù)合膜。由于聚乙烯的熔點(diǎn)約為140℃，聚丙烯的熔點(diǎn)約為160℃，當(dāng)電池局部溫度升高到其熔點(diǎn)以上時(shí)，有可能因隔膜的熔斷導(dǎo)致電池正負(fù)極接觸而發(fā)生短路，所以無(wú)論是單層聚烯烴隔膜還是三層復(fù)合聚烯烴隔膜在動(dòng)力鋰離子電池中使用時(shí)均存在安全隱患，隔膜的高溫?zé)岱€(wěn)定性能仍然有待提高。

因此，通過(guò)改進(jìn)鋰離子電池隔膜的性能提高鋰離子電池的安全性受到了越來(lái)越多的關(guān)注，國(guó)內(nèi)外各大院校及相關(guān)研究所、鋰離子電池隔膜制造企業(yè)和鋰離子電池制造單位掀起了一股突破鋰離子電池隔膜安全性的熱潮，各種各樣的鋰離子電池隔膜層出不窮：陶瓷涂層聚烯烴隔膜、耐溫聚合物纖維無(wú)紡布陶瓷涂層隔膜、PVDF涂層聚烯烴隔膜、PVDF隔膜等。除了陶瓷涂層隔膜已經(jīng)規(guī)?；a(chǎn)外，其它的都處于實(shí)驗(yàn)研發(fā)階段。但由于其目前的工藝導(dǎo)致其陶瓷涂層與基材聚烯烴微多孔膜不能形成一個(gè)有機(jī)的整體，尤其是陶瓷與聚烯烴膜的結(jié)合界面強(qiáng)度很弱，造成了陶瓷涂層部分脫落或大面積脫落。并且這種陶瓷涂層鋰離子電池隔膜因?yàn)榻缑娼Y(jié)合不牢在分切時(shí)產(chǎn)生很多粉末。這樣的陶瓷涂層隔膜組裝進(jìn)電池內(nèi)部后，涂層脫落，不僅沒有提高鋰離子電池隔膜的安全性，反而因?yàn)槊撀涞奶沾煞燮绊懥虽囯x子電池的電性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種新型的鋰離子電池隔膜，解決電池發(fā)熱容易短路的安全性問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種鋰電池隔膜，包括基膜、陶瓷涂層以及熱熔性聚合物涂層，所述陶瓷涂層、熱熔性聚合物涂層位于基膜的同側(cè)，所述陶瓷涂層包括陶瓷顆粒材料、第一粘結(jié)劑；所述熱熔性聚合物涂層包括熱熔性聚合物材料顆粒、第二粘結(jié)劑。

進(jìn)一步地，所述第一粘結(jié)劑、第二粘結(jié)劑包括聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂或聚乙烯吡咯烷酮。

具體地，所述陶瓷涂層為經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性的陶瓷涂層

具體地，所述基膜為聚丙烯材料。

進(jìn)一步地，所述陶瓷材料為多孔陶瓷材料。

可選地，所述多孔陶瓷材料選包括氧化鋁、氧化硅或氮化硅，顆粒直徑為0.1-3.0μm。

優(yōu)選地，所述熱熔性聚合物涂層、陶瓷涂層、基膜依次排列。

可選地，所述熱熔性聚合物材料包括聚乙烯蠟、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯共聚物或聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

優(yōu)選地，所述熱熔性聚合物材料的熔融溫度為90-130℃。

具體地，所述基膜厚度為15-30μm；所述陶瓷涂層厚度為2-8μm；所述熱熔性聚合物涂層厚度為2-6μm。

一種鋰電池隔膜制備方法，包括如下步驟，取陶瓷材料90-93重量份加入去離子水中，攪拌分散均勻，再加入7-10重量份第一粘結(jié)劑，攪拌混合均勻，得到陶瓷漿料；取熱熔性聚合物材料92-95重量份，第二粘結(jié)劑5-8重量份，加入去離子水中混合攪拌，得到熱熔性聚合物漿料，通過(guò)凹版輥涂布方式將制得的陶瓷漿料、熱熔性聚合物漿料涂布在基膜的同一側(cè)；

所述第一粘結(jié)劑、第二粘結(jié)劑包括聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂或聚乙烯吡咯烷酮。

進(jìn)一步地，具體還包括步驟，通過(guò)凹版輥涂布方式將制得的陶瓷漿料涂布在基膜一面，烘干后即得到陶瓷涂層；再將熱熔性聚合物漿料涂布在陶瓷涂層的另一側(cè)。

優(yōu)選地，還包括步驟，將偶聯(lián)劑溶于去離子水中進(jìn)行水解，加入醋酸作為水解催化劑，并調(diào)節(jié)pH至3.5-5.5，恒溫30℃反應(yīng)一定時(shí)間，將初步分散好的氧化鋁、氧化硅或氮化硅加入溶液中，攪拌反應(yīng)一定時(shí)間，通過(guò)抽濾、烘干后得到表面改性的陶瓷材料。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：熱熔性聚合物能在短時(shí)間內(nèi)熔融，迅速堵塞微孔，實(shí)現(xiàn)隔膜的熱關(guān)閉性能，復(fù)合隔膜中間層的陶瓷涂層具有優(yōu)異的耐高溫性能，能有效阻止聚烯烴微孔膜的熱收縮，避免了電池正負(fù)極接觸引起電池短路以致電池?fù)p壞甚至爆炸，實(shí)現(xiàn)了電池隔膜的高溫保護(hù)功能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的鋰電池隔膜結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的鋰電池隔膜制備方法流程圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1、基膜；

2、陶瓷涂層；

3、熱熔性聚合物涂層。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖1，為鋰電池隔膜的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明包括基膜1，陶瓷涂層2以及熱熔性聚合物涂層3。所述陶瓷涂層包括無(wú)機(jī)顆粒材料以及第一粘結(jié)劑。所述熱熔性聚合物涂層包括熱熔性聚合物材料顆粒以及第二粘結(jié)劑。

一種鋰電池隔膜，包括基膜、陶瓷涂層以及熱熔性聚合物涂層，所述陶瓷涂層、熱熔性聚合物涂層位于基膜的同側(cè)，所述陶瓷涂層包括陶瓷顆粒材料、第一粘結(jié)劑；所述熱熔性聚合物涂層包括熱熔性聚合物材料顆粒、第二粘結(jié)劑；所述第一粘結(jié)劑、第二粘結(jié)劑的成分相同，可以選自聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂或聚乙烯吡咯烷酮中的同一種。

在具體的實(shí)施例中，當(dāng)電池溫度超過(guò)熱熔性聚合物的熔融溫度時(shí)，熱熔性聚合物能在短時(shí)間內(nèi)熔融，迅速堵塞微孔，實(shí)現(xiàn)隔膜的熱關(guān)閉性能。復(fù)合隔膜中間層的陶瓷涂層具有優(yōu)異的耐高溫性能，能有效阻止聚烯烴微孔膜的熱收縮，避免了電池正負(fù)極接觸引起電池短路以致電池?fù)p壞甚至爆炸，同時(shí)有實(shí)現(xiàn)了電池隔膜的高溫保護(hù)功能。

在其他一些具體的實(shí)施例中，所述基膜為聚丙烯材料。

進(jìn)一步地，所述陶瓷材料為多孔陶瓷材料。這是由于，陶瓷涂層采用的多孔陶瓷材料具有良好的吸液和保液性，提高了復(fù)合隔膜的保液性能，有利于鋰離子的傳導(dǎo)，提高鋰離子電池的循環(huán)性能。

陶瓷材料一般指代無(wú)機(jī)非金屬材料，經(jīng)燒結(jié)后具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)。在我們的實(shí)施例中，所述多孔陶瓷材料可選氧化鋁、氧化硅或氮化硅，具體的顆粒直徑為0.1-3.0μm。通過(guò)陶瓷材料提供孔隙，熱熔性材料能夠很快地堵塞孔隙達(dá)到熱關(guān)閉的效果，又能防止隔膜熱收縮，更好地提高了鋰電池的安全性。

為了達(dá)到上述的熱關(guān)閉效果，只需要熱熔性聚合物涂層與陶瓷涂層只需要相鄰即可，也就是位于基膜的同一側(cè)即可。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述熱熔性聚合物涂層、陶瓷涂層、基膜依次排列。陶瓷涂層與基膜結(jié)合能夠較為緊密，不失為一個(gè)較好的實(shí)施例，進(jìn)一步的實(shí)施例中，陶瓷涂層還可以經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性，提高了顆粒的分散度與基膜的親和性，進(jìn)一步地提升了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)緊密度。

在具體的實(shí)施例中，所述熱熔性聚合物材料包括聚乙烯蠟、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯共聚物或聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，這樣所述熱熔性聚合物材料的熔融溫度為90-130℃，相比一般的安全隔膜，能夠較早地進(jìn)行熱關(guān)閉，更好地提升了本發(fā)明的安全性。

具體地，所述基膜厚度為15-30μm；所述陶瓷涂層厚度為2-8μm；所述熱熔性聚合物涂層厚度為2-6μm。

如圖2所示的實(shí)施例中，本發(fā)明還提供一種鋰電池隔膜制備方法，包括如下步驟，S202取陶瓷材料90-93重量份加入去離子水中，攪拌分散均勻，再加入7-10重量份第一粘結(jié)劑，攪拌混合均勻，得到陶瓷漿料；S204取熱熔性聚合物材料92-95重量份，第二粘結(jié)劑5-8重量份，加入去離子水中混合攪拌，得到熱熔性聚合物漿料，S206通過(guò)凹版輥涂布方式將制得的陶瓷漿料、熱熔性聚合物漿料涂布在基膜的同一側(cè)；

所述第一粘結(jié)劑、第二粘結(jié)劑包括聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂或聚乙烯吡咯烷酮。

進(jìn)一步地，具體還包括步驟，通過(guò)凹版輥涂布方式將制得的陶瓷漿料涂布在基膜一面，烘干后即得到陶瓷涂層；再將熱熔性聚合物漿料涂布在陶瓷涂層的另一側(cè)。

優(yōu)選地，還包括步驟，S200將偶聯(lián)劑溶于去離子水中進(jìn)行水解，加入醋酸作為水解催化劑，并調(diào)節(jié)pH至3.5-5.5，恒溫30℃反應(yīng)一定時(shí)間，將初步分散好的多孔陶瓷材料加入溶液中，攪拌反應(yīng)一定時(shí)間，通過(guò)抽濾、烘干后得到表面改性的陶瓷材料。

本發(fā)明某實(shí)施例中具體的復(fù)合隔膜的技術(shù)方案如下：

1)陶瓷涂層：將偶聯(lián)劑溶于去離子水中進(jìn)行水解，加入醋酸作為水解催化劑，并調(diào)節(jié)pH至3.5-5.5，恒溫30℃反應(yīng)一定時(shí)間，將事先初步分散好的多孔陶瓷材料加入溶液中，攪拌反應(yīng)一定時(shí)間，通過(guò)抽濾、烘干后得到表面改性的陶瓷材料。將改性后的陶瓷材料加入溶劑中，攪拌分散均勻，再加入第一粘結(jié)劑，攪拌混合均勻，得到陶瓷漿料。通過(guò)凹版輥涂布方式將制得的陶瓷漿料涂布在基膜一面，烘干后即得到陶瓷涂層。

2)熱熔性聚合物涂層：將熱熔性聚合物材料加入溶劑中，攪拌均勻，再加入第二粘結(jié)劑，攪拌混合均勻，得到熱熔性聚合物漿料。通過(guò)凹版輥涂布方式將制得的熱熔性聚合物漿料涂布在陶瓷涂層一側(cè)，烘干后即得到復(fù)合隔膜。

其中，所述溶劑為去離子水，所述第一、第二粘結(jié)劑選自聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂、以及聚乙烯吡咯烷酮中的任一種，所述偶聯(lián)劑為乙烯基硅烷偶聯(lián)劑，其用量占多孔陶瓷材料的0.5％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1)本發(fā)明所提供的復(fù)合隔膜因其陶瓷涂層顆粒為多孔陶瓷材料，具有良好的吸液和保液能力，有利于鋰離子的傳導(dǎo)。

2本發(fā)明所提供的復(fù)合隔膜的熱熔性聚合物涂層涂布在陶瓷涂層一側(cè)，當(dāng)電池溫度過(guò)高時(shí)，熱熔性聚合物能在短時(shí)間內(nèi)熔融，迅速堵塞陶瓷涂層微孔。與在基膜兩側(cè)分別涂布陶瓷涂層和熱熔性材料涂層的隔膜相比，一方面，本發(fā)明提供的隔膜堵孔速度比單純?nèi)鄢赡ざ驴椎乃俣雀?，另一方面，陶瓷傳熱快，在陶瓷涂層上涂布一層聚合物涂層可以降低隔膜傳熱速度，提高電池安全性?/p>

3)本發(fā)明通過(guò)使用偶聯(lián)劑對(duì)無(wú)機(jī)顆粒進(jìn)行表面改性，提高了顆粒的分散性以及無(wú)機(jī)涂層與基膜的親和性，與現(xiàn)有的陶瓷隔膜相比，陶瓷涂層與基材的界面結(jié)合強(qiáng)度大，解決了隔膜掉粉以及涂層脫落的問(wèn)題。

4)本發(fā)明所提供的復(fù)合隔膜的陶瓷涂層具有優(yōu)異的耐高溫性能，能有效阻止聚烯烴微孔膜的熱收縮，避免了電池正負(fù)極接觸引起電池短路以致電池?fù)p壞甚至爆炸。與現(xiàn)有隔膜相比，耐高溫性能顯著提高。

實(shí)施例1

將偶聯(lián)劑溶于水中進(jìn)行水解，加入醋酸作為水解催化劑，并調(diào)節(jié)pH至3.5-5.5，恒溫30℃反應(yīng)1小時(shí)，將事先初步分散好的多孔陶瓷材料加入溶液中，攪拌反應(yīng)1.5小時(shí)，通過(guò)抽濾、烘干后得到表面改性的陶瓷材料。取改性后的陶瓷材料90份加入溶劑中，攪拌分散均勻，再加入10份第一粘結(jié)劑，攪拌混合均勻，得到陶瓷漿料。通過(guò)凹版輥涂布方式將制得的陶瓷漿料涂布在基膜一面，烘干后即得到陶瓷涂層；取熱熔性聚合物材料92份，第二粘結(jié)劑8份，加入溶劑中混合攪拌2小時(shí)，得到熱熔性聚合物漿料，將熱熔性聚合物漿料涂布在陶瓷涂層一側(cè)。多孔陶瓷材料采用氧化鋁，熱熔性聚合物采用聚乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，第一、第二粘結(jié)劑均采用聚乙烯醇，基膜厚度20μm，陶瓷涂層厚度6μm，熱熔性聚合物涂層厚度4μm。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的主要特點(diǎn)是：多孔陶瓷材料93份，第一粘結(jié)劑7份，熱熔性聚合物材料95份，第二粘結(jié)劑5份。其余同具體實(shí)施例1。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的主要特點(diǎn)是：熱熔性聚合物采用聚苯乙烯，第一、第二粘結(jié)劑均采用聚乙烯吡咯烷酮。其余同具體實(shí)施例1。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的主要特點(diǎn)是：熱熔性聚合物采用聚乙烯蠟，其余同具體實(shí)施例1。

對(duì)比例1

厚度為24μm的基膜，涂布未進(jìn)行表面改性的陶瓷漿料，涂層厚度6μm。

對(duì)比例2

厚度為30μm的基膜，不添加涂層。

本發(fā)明所有的鋰離子電池隔膜的物性見下表：

可見，本發(fā)明中通過(guò)改性后的陶瓷涂層具有較強(qiáng)的剝離強(qiáng)度，且明顯改善了熱收縮性能，在不影響透氣值的情況下，通過(guò)熱熔性聚合物涂層達(dá)到了熱關(guān)閉的效果。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。