鋰離子二次電池及其隔離膜及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子二次電池及其隔離膜及制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)階段，可移動式電子產(chǎn)品及信息通訊設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使得人們對二次電池的 需求越來越高。其中，鋰離子二次電池由于其自身較高的能量密度、長的循環(huán)壽命、低的自 放電率以及高的工作電壓，引起了研發(fā)人員的廣泛興趣。
[0003] 隔離膜是鋰離子二次電池的重要組成部分，其位于正極片和負(fù)極片之間并將二者 隔離，因此隔離膜對鋰離子二次電池的安全性能有重大的影響。目前使用的隔離膜為具有 微孔結(jié)構(gòu)的多孔膜，所述多孔結(jié)構(gòu)有利于鋰離子穿過隔離膜并在電極之間來回穿梭，同時 還可防止電子短路（即正負(fù)極直接接觸造成的電子短路）。當(dāng)隔離膜處于高溫環(huán)境或承受 較大的外力作用時，隔離膜的結(jié)構(gòu)遭到破壞，鋰離子二次電池會面臨電子短路導(dǎo)致產(chǎn)生熱 失控的風(fēng)險。因此，需要隔離膜具有電化學(xué)穩(wěn)定性和較高的機(jī)械強度。
[0004] 2002年8月13日授權(quán)公告的美國專利US6432586B1公開了一種隔離膜，該隔離膜 是在常用的聚烯烴膜上涂覆一層陶瓷復(fù)合材料層，該陶瓷復(fù)合材料層包含無機(jī)顆粒與基質(zhì) 材料，能夠阻擋枝晶的生長并防止電子短路，但這種陶瓷復(fù)合材料層本身的孔隙率很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子二次電池及其隔 離膜及制備方法，所述鋰離子二次電池的隔離膜具有較高的離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性， 所述鋰離子二次電池具有較好的倍率性能和安全性能，同時具有較低的自放電。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子二次電池的 隔離膜，其包括：多孔基材；以及涂層，涂覆在多孔基材上的至少一個表面上。所述涂層由 水溶性聚合物以及水溶性溶質(zhì)組成；所述水溶性聚合物選自含有結(jié)構(gòu)1和/或結(jié)構(gòu)2的聚 合物中的至少一種；
[0008] 其中，RpR2獨立地選自H、具有1-4個碳原子的烷基中的一種，M選自Li、Na、K中 的一種；所述水溶性溶質(zhì)為碳酸酯類化合物；所述水溶性溶質(zhì)與鋰離子二次電池的電解液 中的至少一種組分互溶，所述水溶性溶質(zhì)與鋰離子二次電池的電解液中的至少一種組分互 溶后在所述涂層的所述水溶性溶質(zhì)的位置形成孔洞。
[0009] 在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子二次電池的隔離膜的制備方法， 用于制備本發(fā)明第一方面的鋰離子二次電池的隔離膜，包括步驟：（1)將水溶性聚合物粉 末加入到去離子水中，攪拌均勻，得到水溶性聚合物溶液；（2)將水溶性溶質(zhì)加入所得的水 溶性聚合物溶液中，室溫下攪拌均勻并進(jìn)行超聲處理，得到混合溶液，其中，所述水溶性溶 質(zhì)為碳酸酯類化合物；（3)將所得的混合溶液均勻涂覆到多孔基材的至少一個表面上，經(jīng) 加熱烘干后，得到鋰離子二次電池的隔離膜。
[0010] 在本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子二次電池，其包括：正極片；負(fù)極 片；隔離膜，間隔于正極片和負(fù)極片之間；以及電解液。所述隔離膜為根據(jù)本發(fā)明第一方面 的鋰離子二次電池的隔離膜。
[0011] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0012] 1.本發(fā)明的鋰離子二次電池的隔離膜通過在多孔基材表面均勻涂覆一層水溶性 聚合物與水溶性溶質(zhì)，并使水溶性溶質(zhì)填充在水溶性聚合物形成的孔隙中，當(dāng)將其與正負(fù) 極片組裝成電芯并經(jīng)電解液浸潤后，由于水溶性溶質(zhì)與鋰離子二次電池的電解液中的至少 一種組分互溶，結(jié)果在所述涂層的所述水溶性溶質(zhì)的位置形成孔洞，從而可在多孔基材表 面的涂層上形成均一分布的孔，進(jìn)而提供良好的鋰離子傳輸通道，保證隔離膜的離子電導(dǎo) 率。
[0013] 2.由于水溶性聚合物具有較強的機(jī)械強度和較好的電化學(xué)穩(wěn)定性，因此本發(fā)明的 鋰離子二次電池的隔離膜具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，從而可避免鋰離子二次電 池發(fā)生短路，進(jìn)而可提高鋰離子二次電池的倍率性能和安全性能，同時還可降低鋰離子二 次電池的自放電。
【具體實施方式】
[0014] 下面詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的鋰離子二次電池及其隔離膜及制備方法以及實施例、 對比例及測試結(jié)果。
[0015] 首先說明根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子二次電池的隔離膜。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明第一方面的鋰離子二次電池的隔離膜，包括：多孔基材；以及涂層，涂 覆在多孔基材上的至少一個表面上。所述涂層由水溶性聚合物以及水溶性溶質(zhì)組成；所述 水溶性聚合物選自含有結(jié)構(gòu)1和/或結(jié)構(gòu)2的聚合物中的至少一種；
[0018] 其中，RpR2獨立地選自H、具有1-4個碳原子的烷基中的一種，M選自Li、Na、K中 的一種；所述水溶性溶質(zhì)為碳酸酯類化合物；所述水溶性溶質(zhì)與鋰離子二次電池的電解液 中的至少一種組分互溶，所述水溶性溶質(zhì)與鋰離子二次電池的電解液中的至少一種組分互 溶后在所述涂層的所述水溶性溶質(zhì)的位置形成孔洞。
[0019] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子二次電池的隔離膜中，含有羧基的水溶性聚 合物與碳酸酯類的水溶性溶質(zhì)的C = O之間存在較強的氫鍵作用。在制備隔離膜時，將水溶 性聚合物和水溶性溶質(zhì)的混合溶液涂覆到多孔基材的表面并進(jìn)行烘干后，水分會揮發(fā)掉， 水溶性聚合物和水溶性溶質(zhì)形成均相共熔體系，且水溶性溶質(zhì)填充在水溶性聚合物形成的 孔隙中。當(dāng)將隔離膜與正負(fù)極片組裝成電芯，并經(jīng)鋰離子二次電池的電解液浸潤后，由于水 溶性溶質(zhì)與鋰離子二次電池的電解液中的至少一種組分互溶，結(jié)果在所述涂層的所述水溶 性溶質(zhì)的位置形成孔洞，從而可在多孔基材表面的涂層上形成均一分布的孔，進(jìn)而提供良 好的鋰離子傳輸通道，保證隔離膜的離子電導(dǎo)率。
[0020] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子二次電池的隔離膜中，含有-COOM的水溶性 聚合物在去離子水中可電離出M離子，M離子與水溶性溶質(zhì)的C = 0之間有強烈的親和作 用。在制備隔離膜時，將水溶性聚合物和水溶性溶質(zhì)的混合溶液涂覆到多孔基材的表面并 進(jìn)行烘干后，水分會揮發(fā)掉，水溶性聚合物和水溶性溶質(zhì)形成均相共熔，且水溶性溶質(zhì)填充 在水溶性聚合物形成的孔隙中。當(dāng)將隔離膜與正負(fù)極片組裝成電芯，并經(jīng)鋰離子二次電池 的電解液浸潤后，由于水溶性溶質(zhì)與鋰離子二次電池的電解液中的至少一種組分互溶，結(jié) 果在所述涂層的所述水溶性溶質(zhì)的位置形成孔洞，從而可在多孔基材表面的涂層上形成均 一分布的孔，進(jìn)而提供良好的鋰離子傳輸通道，保證隔離膜的離子電導(dǎo)率。
[0021] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子二次電池的隔離膜中，同時含有羧基 和-COOM的水溶性聚合物也可保證隔離膜具有較好的離子電導(dǎo)率。
[0022] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子二次電池的隔離膜中，所述水溶性聚合物可 選自僅含有結(jié)構(gòu)1的聚合物、僅含有結(jié)構(gòu)2的聚合物、僅含有結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2的聚合物、含 有結(jié)構(gòu)1以及結(jié)構(gòu)3和/或結(jié)構(gòu)4的聚合物、含有結(jié)構(gòu)2以及結(jié)構(gòu)3和/或結(jié)構(gòu)4的聚合 物、含有結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2以及結(jié)構(gòu)3和/或結(jié)構(gòu)4的聚合物中的至少一種；
[0024] 其中，R3選自具有1-4個碳原子的烷基，R4選自H、苯基、具有1-4個碳原子的烷基 中的一種，R 5選自H、具有1-4個碳原子的烷基中的一種。
[0025] 在根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的鋰離子二次電池的隔離膜中，具體地，所述水溶性 聚合物可選自由單體1形成的聚合物、由單體2形成的聚合物、由單體1形成的聚合物經(jīng)含 有M的堿中和后的聚合物、由單體1和單體2形成的聚合物、由單體1和單體2形成的聚合 物經(jīng)含有M的堿中和后的聚合物、由單體1和/或單體2與單體3和/或單體4形成的聚合 物、由單體1與單體3和/或單體4形成的聚合物經(jīng)含有M的堿中和后的聚合物、由單體1 和單體2與單體3和/或單體4形成的聚合物經(jīng)含有M的堿中和后的聚合物的至少一種；
[0026]
[0027