一種鋰離子電池復合隔膜及其制備方法以及一種鋰離子電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池復合隔膜及其制備方 法以及一種鋰離子電池。
【背景技術】
[0002] 電池隔膜是指在電池正極和負極之間一層薄的多孔材料，是電池中非常關鍵的部 分，對電池的安全性和成本有直接影響。它具有高離子滲透率和好的機械強度，并對體系例 如電池的電解液中所用化學物質和溶劑具有長期穩定性。典型的有機隔膜是聚烯烴微孔 膜，如聚乙烯微孔膜或聚丙烯微孔膜。由于聚烯烴自身的化學組成結構以及成型工藝，決定 了它的物理和化學性能，造成了它在鋰離子動力電池隔膜應用方面存在一些缺陷。
[0003] 聚烯烴微孔膜用于電池隔膜主要存在的問題有：（1)聚烯烴作為非極性材料，與 強極性的電解液親和性差，造成了它的保液能力差；（2)聚烯烴微孔膜多采用機械拉伸致 孔，或機械拉伸后有機溶劑萃取致孔，再通過熱定型制得。最終造成該膜具有形狀記憶效 應，在溫度較高時，隔膜趨向于恢復拉伸前膜的形狀，導致較大的熱收縮。雖然聚烯烴的熔 化溫度較低，基材易在溫度超過165°C以上產生熔化，使微孔消失，阻斷離子傳導即所謂的 熔斷保護效應。但由于微孔聚烯烴膜發生熔化時，也伴隨著體積收縮，膜面積縮小，使隔膜 失去正負極之間的阻隔作用，從而導致電池內部正負極發生短路，引起電池燃燒甚至爆炸， 產生安全隱患。
[0004] 如何提高鋰離子電池的安全性是本行業的重要課題，也是迫在眉睫的技術關鍵難 題。造成鋰離子電池發生安全隱患的主要原因是電池發生不可逆的電化學副反應產生的熱 失控所致。因此，提高隔膜的熱穩定性是鋰離子電池安全性的重要保障。
[0005] 行業內用來改善隔膜的熱穩定性的途徑主要是借助耐高溫物質的物理性質，在聚 烯烴的表面涂覆耐高溫的無機物如三氧化二鋁以及耐高溫有機物如芳綸等，或開發耐高溫 的隔膜基體如聚酰亞胺隔膜等。但并不能阻止電池溫度的進一步升高，無法高效地保障電 池的安全性。
【發明內容】
[0006] 有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種鋰離子電池復合隔膜及其制備 方法以及一種鋰離子電池，采用本發明提供的鋰離子電池復合隔膜可以抑制電池溫度升 高，保障電池的安全性。
[0007] 本發明提供了一種鋰離子電池復合隔膜，包括隔膜基體以及復合于所述隔膜基體 表面的功能性涂層，所述功能性涂層由功能性物質和粘合劑制備而成，所述功能性物質選 自含磷化合物、含氮化合物和無機硅類化合物中的一種或多種。
[0008] 優選的，所述功能性物質選自季戊四醇三聚氰胺磷酸酯及其鹽類、聚磷酸銨、聚磷 酰胺類化合物、有機磷腈聚合物、聚硅氧烷類化合物和硫脲類化合物中的一種或多種。
[0009] 優選的，所述功能性物質選自三聚氰胺氰尿酸鹽、季戊四醇三聚氰胺磷酸酯、多聚 磷酸銨、聚二甲基硅氧烷和三聚氰胺焦磷酸鹽中的一種或多種。
[0010] 優選的，所述功能性物質和粘合劑的質量比為（90~99) : (1~10)。
[0011] 優選的，所述功能性涂層的單面厚度為3~6 ym。
[0012] 優選的，所述隔膜基體選自聚烯烴微孔膜或聚烯烴基陶瓷膜。
[0013] 優選的，所述粘結劑為聚偏氟乙烯及其共聚物、丙烯酸及其共聚物、丙烯酸酯及其 共聚物、聚乙烯醇、羧甲基纖維和聚氨酯中的一種或多種。
[0014] 本發明還提供了一種鋰離子電池復合隔膜的制備方法，包括以下步驟：
[0015] A)將功能性物質和粘合劑分散于溶劑中，得到混合漿料，所述功能性物質選自含 磷化合物、含氮類化合物和無機硅類化合物中的一種或多種；
[0016] B)將所述混合漿料涂覆于隔膜基體表面，烘干，得到鋰離子電池復合隔膜。
[0017] 優選的，所述涂覆的方式選自轉移涂覆、浸涂、刮涂、凹版涂覆、噴涂或絲網印刷。
[0018] 本發明還提供了一種鋰離子電池，包括正極、負極、隔膜和電解液，所述隔膜為上 述鋰離子電池復合隔膜。
[0019] 優選的，所述正極的活性物質選自 LiFeP04、LiMn204、LiCo02、LiV 205、LiNi02、 LiNi (1 x y)C〇xAly02、LiNi u " n)C〇niMnn02和 LiCo zNi u 2)02材料中的一種或多種，其中，0 彡 x 彡 I， 0 < y < 1，x+y = l;0<m<l，0<n<l，m+n = I ;0 < z < 1〇
[0020] 與現有技術相比，本發明提供了一種鋰離子電池復合隔膜，包括隔膜基體以及復 合于所述隔膜基體表面的功能性涂層，所述功能性涂層由功能性物質和粘合劑制備而成， 所述功能性物質選自含磷化合物、含氮類化合物和無機硅類化合物中的一種或多種。本發 明提供的鋰離子電池復合隔膜在隔膜基體表面涂覆了一層功能性涂層，該功能性涂層在鋰 離子電池溫度升高時，可以快速吸收電池的多余熱量，作為反應熵，自發地響應化學反應， 在隔膜表面生成保護層，一方面可以有效抑制電池的溫度的繼續升高，減少隔膜的熱收縮， 另一方面可以鈍化電池陰陽極的活性層，從根源上控制電池的安全隱患，保障電池的安全 性。另外，由于本發明的功能涂層硬度較小，可以減少電池制作過程中的工藝損耗，從而降 低電池的生產成本。
[0021] 結果表明，本發明提供的鋰離子電池復合隔膜在不同的溫度下均表現出較小的熱 收縮，具有良好的熱穩定性；所述鋰離子電池復合隔膜在30分鐘內的吸液量為61~89g/ m 2;將所述復合隔膜制備成鋰離子電池，其在1500個循環周期內的容量保持率> 90 %，并 且進行電池安全測試時，具有優越的安全性能。
【具體實施方式】
[0022] 本發明提供了一種鋰離子電池復合隔膜，包括隔膜基體以及復合于所述隔膜基體 表面的功能性涂層，所述功能性涂層由功能性物質和粘合劑制備而成，所述功能性物質選 自含磷化合物、含氮類化合物和無機硅類化合物中的一種或多種。
[0023] 本發明提供的鋰離子電池隔膜包括隔膜基體。本發明對所述鋰離子電池的隔膜基 體并沒有特殊限制，本領域技術人員公知的可用于鋰離子電池的隔膜基體即可。在本發明 中，所述隔膜基體優選為聚烯烴微孔膜或聚烯烴基陶瓷膜。本發明所述的聚烯烴微孔膜可 以是聚丙烯微孔膜，也可以是聚乙烯微孔膜，也可以是不同種類的聚烯烴微孔膜的復合薄 膜。本發明所述的聚烯烴基陶瓷膜中所述陶瓷材料優選為氧化鋁或勃姆石。在本發明的一 些【具體實施方式】中，所述隔膜基體為聚丙烯微孔膜；在本發明的另一些【具體實施方式】中，所 述隔膜基體為聚乙烯微孔膜。在本發明的另一些【具體實施方式】中，所述隔膜基體為聚乙烯 基陶瓷隔膜；在本發明的另一些【具體實施方式】中，所述隔膜基體為聚丙烯基陶瓷隔膜。在本 發明中，所述隔膜基體的厚度優選為10~60 Ii m，優選為10~55 Ii m，更優選為15~50 Ii m， 最優選為12~25 y m。
[0024] 本發明提供的鋰離子電池隔膜還包括復合于所述隔膜基體表面的功能性涂層，所 述功能性涂層由功能性物質和粘合劑制備而成。
[0025] 本發明提供的功能性涂層包括功能性物質，所述用于制備鋰離子電池隔膜表面功 能性涂層的功能性物質在電池溫度升高時，可以吸收電池的熱量，作為反應熵，自發地響應 化學反應，在隔膜表面生成保護層。在本發明中，所述功能性物質選自含磷化合物、含氮化 合物和無機硅類化合物中的一種或多種。
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