一种锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池隔膜，包括聚烯烃基底及其复合的涂层，所述涂层与聚烯烃基底通过粘结剂连接，所述涂层由多层无机粒子层堆叠形成，所述涂层的任意两个相邻的无机粒子层之间通过粘结剂连接；所述无机粒子层由片状无机粒子组成，所述片状无机粒子在涂层中呈平行排布和/或小角度排布。本发明专利技术还涉及一种锂离子电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：制备片状无机粒子；筛选第一无机粒子和第二无机粒子；制备涂层浆料；将涂层浆料涂敷在聚烯烃基底上，干燥、制得产品。本发明专利技术的锂离子电池隔膜平整度高、粗糙度小；吸水率低，涂层膨胀度小，有效降低单面涂覆隔膜的自卷曲度，提高了叠片电池装配效率和成品率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池隔膜及其制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池隔膜，同时还涉及该电池隔膜的制备方法。
技术介绍
锂离子二次电池因寿命长、能量密度高等优点而被广泛应用。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，起着隔离正负极和离子传导的作用。目前市场上所用的隔膜材料大多数为聚烯烃材料，主要包括聚乙烯和聚丙烯。由于聚乙烯和聚丙烯的热性能差异，以聚乙烯为材料生产的隔膜电流关闭温度(Shut-downtemperature)相对较低，在电池发生过载时，随着温度上升隔膜内部的微孔结构很快被破坏并熔融闭合，及时阻断电流。然而，不足之处是其熔体破裂温度(Melt-downtemperature)也低，随着电池温度的上升，超过熔点15℃左右，隔膜受热发生破裂，致使电池内部结构崩溃而导致爆炸，所以，通常我们希望材料具有较低的电流遮断温度和较高的熔体破裂温度。而以聚丙烯为材料生产的隔膜其原料熔点较高，通常在160℃以上，具有很好的耐高温破膜性能，但同时其电流关闭温度也相应较高，同样不利于提高电池的安全性能。因此，现在锂电池膈膜的发展方向是三层复合膜(PP/PE/PP)，三层膜在温度升高时，中部的PE在130℃熔化收缩造成热关闭，但是由于外部的PP熔化温度为160℃，隔膜还可以保持一定的安全性。但三层隔膜没有完全解决熔化收缩的隐患问题，当温度继续升高时，PP膜依然会融化，导致电池内部短路。专利CN102244220A和专利CN102244221A公开了一种电化学元件用隔板，该隔板以无纺布为基材，包含一种通过加热会吸收非水电解液而膨胀且膨胀度随着温度上升会增大的树脂和一种与隔板面的平均角度为30°以下的板状粒子。该专利公布了膨胀性的树脂改善隔板闭孔特性、优化电池安全性能的技术，但并未公布保证板状粒子与隔板面的平均角度为30°以下的技术，也没有在实施例中提及相关的技术效果。本专利技术人在实践过程中也发现板状粒子的结构，在涂层浆料系统中呈无序分散状态而难以形成角度为30°以下的规整分布状态，且其隔膜穿刺强度偏低。公开号为CN103236511A的专利技术专利申请文件公开了一种超耐热有机/无机复合隔膜的制备方法，其中包括在多孔介质的一面或两面涂覆含有二维片状结构填料的涂层，所述二维片状填料是磷酸锆、蒙脱土、片状氧化铝、勃姆石、硫酸钡中的一种或几种，其作用是有效控制涂覆层的收缩。从该说明书附图中，我们发现涂层表面凹凸不平，片状填料排布杂乱无章，隔膜表面的粗糙度大，因此在电池组装过程容易抽针错位而导致电池组装不良的问题。
技术实现思路
为了解决现有锂离子电池涂层隔膜平整度不足、粗糙度大等问题，从而提高电池装配效率和成品率，并改善了锂离子电池的循环寿命和安全性，本专利技术提供了锂离子电池隔膜，同时本专利技术还提供该电池隔膜的一种制备方法。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种锂离子电池隔膜，包括聚烯烃基底及其复合的涂层，所述涂层与聚烯烃基底通过粘结剂连接，所述涂层由多层无机粒子层堆叠形成，所述涂层的任意两个相邻的无机粒子层之间通过粘结剂连接；所述无机粒子层由片状无机粒子组成，所述片状无机粒子在涂层中呈平行排布和/或小角度排布，所述小角度排布为片状无机粒子与基材所在平面的夹角≤45°，夹角≤45°可有效改善隔膜粗糙度和平整度，有利于电池装配效率和成品率，同时有利于防止锂枝晶或者异物突起等所造成的电池短路现象；所述片状无机粒子包括第一无机粒子和第二无机粒子，所述第一无机粒子和第二无机粒子均为镁的化合物，所述第一无机粒子的平均粒径为d1，所述第二无机粒子的平均粒径为d2，其中d2为0.5～3μm，优选0.5μm≤d2≤2μm、更优选为0.8μm≤d2≤1.2μm，d2＜0.5μm时，难以达到本专利技术所述效果，d2＞3μm时，涂层厚度难以控制，所述d2/d1等于2～300，优选2～150、更优选5～40，所述第一无机粒子均匀的分布在第二无机粒子之间的空隙。当d1和d2具有这样的规律时，隔膜的耐热性优异、透气性能好。当d2/d1＜2，涂层致密性变差；当d2/d1＞300，隔膜透气性能变差。其中d1的范围可以选择为(1-500)nm，优选10nm≤d1≤500nm，更优选10nm≤d1≤300nm，d1＜1nm时，无机粒子团聚严重，d1＞500nm时，透气性能有变差的趋势。片状结构的无机粒子在涂层中呈平行排布和/或小角度排布，保证了后续加工所得涂层隔膜的平整性和致密性，提高了电池的安全性能；同时这一排布使涂层面外观光滑、粗糙度小，电池卷芯抽针方便，有利于电池装配效率；涂层为无机粒子层层错落堆叠而成三维立体结构，其隔膜穿刺强度高，透气性好。无机粒子层与层之间、涂层与基材间由粘结剂连接，层间附着力高。本专利技术中的片状无机粒子，其形状包括但不限于六角片状、雪片状、鳞片状、星片状、圆片状、五角片状以及与上述列举形状相近似的片状无机粒子，在本专利技术中可以选择一种形状的片状无机粒子使用，或者两种以上形状的片状无机粒子组合使用。本专利技术中，优选的方案为所述片状无机粒子为长宽比等于1～50、厚度＜粒径的无机粒子，优选长宽比＜30、更优选长宽比＜20、最优选为长宽比＜10，优选厚度≤1/2粒径、更优选为厚度≤1/4粒径，在这个范围内的片状无机粒子所制得的涂层加工性能好；当长宽比＞50时，无机粒子的加工性能差；当厚度＞粒径时，不认为其为片状结构。本专利技术中，优选的方案为所述片状无机粒子为六角片状、雪片状、鳞片状、星片状、圆片状、五角片状中的一种或两种以上的组合；所述片状无机粒子为镁的氧化物、镁的氢氧化物、镁的氮化物、镁盐中的一种。本专利技术中，优选的方案为所述第一无机粒子和第二无机粒子被包覆剂包覆。本专利技术中，所述聚烯烃基底为高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯中的一种或两种以上的材料制得的单层或多层复合的隔膜。本专利技术的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于由如下步骤制成：a.分别对第一无机粒子和第二无机粒子进行包覆处理，所述第一无机粒子和第二无机粒子均为镁的化合物；所述第一和第二无机粒子均为片状无机粒子，所述第一无机粒子的平均粒径为d1，所述第二无机粒子的平均粒径为d2，其中d2为0.5～3μm，d2/d1为2～300；所述第一和第二无机粒子均为片状结构的无机粒子，具体形状可以列举为六角片状、雪片状、鳞片状、星片状、圆片状、五角片状等。很容易理解的是，片状结构在无约束的自然条件下的稳态形状为平行于其接触面，因此片状结构的无机粒子有平行于基材平面的趋向。经过包覆处理的无机粒子难以被溶剂润湿，从而减少了向下的重力，在浮力作用下，可以漂浮在涂层浆料系统中。所述包覆处理所使用的工艺为本领域普通技术人员所熟知的干式或者湿式包覆工艺。本专利技术中，优选的方案是对第一无机粒子和第二无机粒子进行研磨分散，过滤团聚成块的粒子，通过该处理可以窄化无机粒子粒径分布，并优化专利技术效果。所述第一无机粒子粒径范围优选在平均粒径的0.2～10倍的范围内，更优选在平均粒径的所述第一无机粒子的0.5～3倍的范围内；所述第二无机粒子粒径范围优选在平均粒径的0.2～10倍的范围内，更优选在平均粒径的所述第二无机粒子的0.5～3倍的范围内。经过窄化粒径分布的无机粒子，其电池充放电性能和循环性能更佳。所述无机粒子的平均粒径和粒径范围由激光粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池隔膜，包括聚烯烃基底及其复合的涂层，其特征在于：所述涂层与聚烯烃基底通过粘结剂连接，所述涂层由多层无机粒子层堆叠形成，所述涂层的任意两个相邻的无机粒子层之间通过粘结剂连接；所述无机粒子层由片状无机粒子组成，所述片状无机粒子在涂层中呈平行排布和/或小角度排布，所述小角度是指片状无机粒子与隔膜所在平面的夹角≤45°；所述片状无机粒子包括第一无机粒子和第二无机粒子，所述第一无机粒子和第二无机粒子均为镁的化合物，所述第一无机粒子的平均粒径为d1，所述第二无机粒子的平均粒径为d2，其中d2为0.5～3μm，d2/d1为2～300，所述第一无机粒子均匀的分布在第二无机粒子之间的空隙。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池隔膜，包括聚烯烃基底及其复合的涂层，其特征在于：所述涂层与聚烯烃基底通过粘结剂连接，所述涂层由多层无机粒子层堆叠形成，所述涂层的任意两个相邻的无机粒子层之间通过粘结剂连接；所述无机粒子层由片状无机粒子组成，所述片状无机粒子在涂层中呈平行排布和/或小角度排布，所述小角度是指片状无机粒子与隔膜所在平面的夹角≤45°；所述片状无机粒子包括第一无机粒子和第二无机粒子，所述第一无机粒子和第二无机粒子均为镁的化合物，所述第一无机粒子的平均粒径为d1，所述第二无机粒子的平均粒径为d2，其中d2为0.5～3μm，d2/d1为2～300，所述第一无机粒子均匀的分布在第二无机粒子之间的空隙；所述第一无机粒子、第二无机粒子均被包覆剂包覆。2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述片状无机粒子为长宽比等于1～50、厚度＜粒径的无机粒子。3.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述片状无机粒子的形状为六角片状、雪片状、鳞片状、星片状、圆片状、五角片状中的一种或两种以上的组合；所述片状无机粒子为镁的氧化物、镁的氢氧化物、镁的氮化物、镁盐中的一种。4.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于由如下步骤制成：a.分别对第一无机粒子和第二无机粒子进行包覆处理，所述第一无机粒子和第二无机粒子均为镁的化合物；所述第一和第二无机粒子均为片状无机粒子，所述第一无机粒子的平均粒径为d1，所述第二无机粒子的平均粒径为d2，其中d2为0.5～3μm，d2/d1为2～300；b.将定向排列剂、粘结剂、流平剂、溶剂与经过a步骤处理的第一无机粒子和第二无机粒子混合分散均匀，制成涂层浆料；c.将经b步骤制得的涂层浆料涂敷在聚烯烃基底上，然后干燥固化，制得产品。5.根据权利要求4所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述片状无机粒子为长宽比等于1～50、厚度＜粒径的无机粒子，所述片状...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱钧锋，黄美容，吴耀根，蔡朝辉，廖凯明，
申请(专利权)人：佛山市金辉高科光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44