鋰離子二次電池及其隔離膜及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電池技術領域，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】
[0002] 現階段，可移動式電子產品及信息通訊設備的廣泛應用，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、長的循環壽命、低的自 放電率以及高的工作電壓，引起了研發人員的廣泛興趣。
[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 微孔結構的多孔膜，所述多孔結構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（即正負極直接接觸造成的電子短路）。當隔離膜處于高溫環境或承受 較大的外力作用時，隔離膜的結構遭到破壞，鋰離子二次電池會面臨電子短路導致產生熱 失控的風險。因此，需要隔離膜具有電化學穩定性和較高的機械強度。
[0004] 2002年8月13日授權公告的美國專利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合材料層，該陶瓷復合材料層包含無機顆粒與基質 材料，能夠阻擋枝晶的生長并防止電子短路，但這種陶瓷復合材料層本身的孔隙率很低。
【發明內容】
[0005] 鑒于【背景技術】中存在的問題，本發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率和電化學穩定性， 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] 為了實現上述目的，在本發明的第一方面，本發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組成；所述水溶性聚合物選自含有結構1和/或結構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；所述水溶性溶質為碳酸酯類化合物；所述水溶性溶質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的位置形成孔洞。
[0009] 在本發明的第二方面，本發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)將水溶性溶質加入所得的水 溶性聚合物溶液中，室溫下攪拌均勻并進行超聲處理，得到混合溶液，其中，所述水溶性溶 質為碳酸酯類化合物；（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 加熱烘干后，得到鋰離子二次電池的隔離膜。
[0010] 在本發明的第三方面，本發明提供了一種鋰離子二次電池，其包括：正極片；負極 片；隔離膜，間隔于正極片和負極片之間；以及電解液。所述隔離膜為根據本發明第一方面 的鋰離子二次電池的隔離膜。
[0011] 本發明的有益效果如下：
[0012] 1.本發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，并使水溶性溶質填充在水溶性聚合物形成的孔隙中，當將其與正負 極片組裝成電芯并經電解液浸潤后，由于水溶性溶質與鋰離子二次電池的電解液中的至少 一種組分互溶，結果在所述涂層的所述水溶性溶質的位置形成孔洞，從而可在多孔基材表 面的涂層上形成均一分布的孔，進而提供良好的鋰離子傳輸通道，保證隔離膜的離子電導 率。
[0013] 2.由于水溶性聚合物具有較強的機械強度和較好的電化學穩定性，因此本發明的 鋰離子二次電池的隔離膜具有較好的電化學穩定性和機械性能，從而可避免鋰離子二次電 池發生短路，進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] 下面詳細說明根據本發明的鋰離子二次電池及其隔離膜及制備方法以及實施例、 對比例及測試結果。
[0015] 首先說明根據本發明第一方面的鋰離子二次電池的隔離膜。
[0016] 根據本發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組成；所述 水溶性聚合物選自含有結構1和/或結構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；所述水溶性溶質為碳酸酯類化合物；所述水溶性溶質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的位置形成孔洞。
[0019] 在根據本發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的混合溶液涂覆到多孔基材的表面并進行烘干后，水分會揮發掉， 水溶性聚合物和水溶性溶質形成均相共熔體系，且水溶性溶質填充在水溶性聚合物形成的 孔隙中。當將隔離膜與正負極片組裝成電芯，并經鋰離子二次電池的電解液浸潤后，由于水 溶性溶質與鋰離子二次電池的電解液中的至少一種組分互溶，結果在所述涂層的所述水溶 性溶質的位置形成孔洞，從而可在多孔基材表面的涂層上形成均一分布的孔，進而提供良 好的鋰離子傳輸通道，保證隔離膜的離子電導率。
[0020] 在根據本發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的混合溶液涂覆到多孔基材的表面并 進行烘干后，水分會揮發掉，水溶性聚合物和水溶性溶質形成均相共熔，且水溶性溶質填充 在水溶性聚合物形成的孔隙中。當將隔離膜與正負極片組裝成電芯，并經鋰離子二次電池 的電解液浸潤后，由于水溶性溶質與鋰離子二次電池的電解液中的至少一種組分互溶，結 果在所述涂層的所述水溶性溶質的位置形成孔洞，從而可在多孔基材表面的涂層上形成均 一分布的孔，進而提供良好的鋰離子傳輸通道，保證隔離膜的離子電導率。
[0021] 在根據本發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率。
[0022] 在根據本發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 選自僅含有結構1的聚合物、僅含有結構2的聚合物、僅含有結構1和結構2的聚合物、含 有結構1以及結構3和/或結構4的聚合物、含有結構2以及結構3和/或結構4的聚合 物、含有結構1和結構2以及結構3和/或結構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] 在根據本發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形成的聚合物經含有M的堿中和后的聚合物的至少一種；
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