陶瓷隔膜及锂离子电池以及该陶瓷隔膜与锂离子电池的制作方法技术

本发明专利技术提供一种具有高安全性能的陶瓷隔膜、锂离子电池以及该陶瓷隔膜与锂离子电池的制作方法。所述陶瓷隔膜包括隔膜基体及涂覆于隔膜基体外的陶瓷膜层；所述陶瓷膜层包括无机填料、有机粘结剂及热熔性有机体。所述无机填料选自纳米氢氧化铝、氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙无机材料的一种或几种；有机粘结机选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氧乙烯高分子材料中的一种或几种；以及热融性有机体选自磷酸三(β‑氯乙基)酯、二苯基膦酸甲苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、聚二甲基硅烷、有机硅酮类、及含有硅类共聚物的聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、双酚F型聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯一种或几种。

Ceramic diaphragm and lithium ion battery, and method for manufacturing the ceramic separator and lithium ion battery

The invention provides a ceramic diaphragm with high safety performance, a lithium ion battery and a manufacturing method of the ceramic separator and the lithium ion battery. The ceramic diaphragm includes a diaphragm substrate and ceramic coating on the membrane coated matrix; the ceramic coatings including inorganic filler, organic binder and hot melt. One or several of the inorganic filler selected from the group consisting of nano alumina, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, barium sulfate, calcium carbonate inorganic material; organic bonding machine is selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, PTFE one or several ethylene, polyoxyethylene in polymer materials; and the thermal melting body from three organic phosphate (beta chloroethyl ester,) two phenyl phosphonic acid, phosphoric acid, octyl ester toluene three three phosphoric acid phenyl ester, tricresyl phosphate, poly two methyl silane, organic silicone and silicon containing copolymer, polystyrene, polyetherimide, bisphenol F polycarbonate polyurethane polymethyl methacrylate, one or several.

【技术实现步骤摘要】
陶瓷隔膜及锂离子电池以及该陶瓷隔膜与锂离子电池的制作方法
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种具有高安全性能的陶瓷隔膜、锂离子电池以及该陶瓷隔膜与锂离子电池的制作方法。
技术介绍
随着世界环境问题的日益恶化，空气质量对清洁高效能源需求日益增加，国家大力发展新能源汽车行业，混合动力车和纯电动车等新能源汽车，目前市场上新能源汽车的主要动力来源是锂离子动力电池。为了满足新能源汽车长距离续航要求，动力电池厂商普遍采用高容量的材料制作动力电池，进而提升电动车续航能力。现有大容量动力电池普遍采用高能量密度的镍钴锰三元材料作为正极材料(此类电池通常称为三元电池)。三元电池的单体能量密度可以达到200Wh/kg以上，相对磷酸铁锂电池的单体能量密度125Wh/kg，三元电池的能量密度提升了75Wh/kg，大幅度提高了电动车的续航能力。但是三元材料电池同时存在一定的安全隐患，电池在进行电化学反应时，由于三元材料的自身机构变化较大，在进行针刺和挤压测试时，容易发生起火爆炸现象，安全性能较低。因此解决三元电池安全性能问题成为此类电池应用方面的重点课题。现有陶瓷隔膜技术主要是通过在无纺聚合物纤维上涂覆陶瓷隔膜颗粒来实现的，此类陶瓷隔膜有一下技术缺点：1.涂覆在陶瓷隔膜上的无机绝缘涂层颗粒，由于粒度较大，容易添堵住隔膜基体的孔隙，造成孔隙封闭，不利于锂离子的传输，降低电池的反应活性。2.无机陶瓷颗粒与基体的附着力不佳，在电池制备过程中的卷绕工序中，由于曲折度较大，容易发生隔膜折痕、破裂、无机颗粒脱落，造成电池内部短路，进而影响电池的安全性能。3.现有技术通常使用的隔膜为聚烯烃材料，在电池发生内部短路时，内部产生的热量不能有效的释放，导致隔膜热收缩严重，加剧电池短路程度，造成电池爆炸，严重影响安全性能。4.当电池出现内部短路时，容易出现严重的热量累计和产生较多的气体，导致电池体积膨胀较大，电池内部没有有效抑制燃烧的和减少气体释放的物质，容易引起电池的爆炸。本专利技术主要解决三元电池的安全问题，并针对上述技术问题点进行优化。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种安全性能更高的陶瓷隔膜、锂离子电池以及该陶瓷隔膜与锂离子电池的制作方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种陶瓷隔膜，用于隔离锂电池的正极极片及负极极片，所述陶瓷隔膜包括隔膜基体及涂覆于隔膜基体外的陶瓷膜层；其特征在于：所述陶瓷膜层包括无机填料、有机粘结剂及热熔性有机体，所述无机填料选自纳米氢氧化铝、氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙无机材料的一种或几种；有机粘结机选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氧乙烯高分子材料中的一种或几种；以及热融性有机体选自磷酸三(β-氯乙基)酯、二苯基膦酸甲苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、聚二甲基硅烷、有机硅酮类、及含有硅类共聚物的聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、双酚F型聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯一种或几种。本专利技术进一步提供一种陶瓷隔膜制作方法，该陶瓷隔膜用于隔离锂电池的正极极片及负极极片，该陶瓷隔膜制作方法包括以下步骤：步骤1、称料：称取质量比为40-70％的热熔型有机体，质量比为40-50％的无机填料，质量比为5-10％的粘结剂，加入搅拌釜中，称取与热熔型有机体、无机填料与粘结机等质量的有机溶剂氮甲基吡咯烷酮，加入上述搅拌釜中；步骤2、搅拌：封闭搅拌釜，以转速100-1500rpm进行搅拌，搅拌时长2-6小时，制备出浆料半成品；步骤3、涂覆：采用喷涂或流延方式将上诉浆料半成品涂覆在预先制备好的隔膜基体相对两个表面，涂覆厚度在2-6μm；步骤4、干燥：将如上涂覆好的隔膜基体在50-80℃干燥，在所述隔膜基体得到厚度在2-6μm的多孔的陶瓷膜层20，即制得所述陶瓷隔膜。本专利技术进一步提供一种锂离子电池，包括电芯，所述电芯包括正极极片、负极极片及设置在所述正极与所述负极之间的所述陶瓷隔膜；其特征在于：所述陶瓷隔膜包括隔膜基体及涂覆于隔膜基体外的陶瓷膜层；所述陶瓷膜层包括无机填料、有机粘结剂及热熔性有机体，所述无机填料选自纳米氢氧化铝、氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙无机材料的一种或几种；有机粘结机选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氧乙烯高分子材料中的一种或几种；以及热融性有机体选自磷酸三(β-氯乙基)酯、二苯基膦酸甲苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、聚二甲基硅烷、有机硅酮类、及含有硅类共聚物的聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、双酚F型聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯一种或几种。本专利技术进一步提供一种锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：步骤1、负极极片制备：使用质量比92-98％的人造石墨，质量比4-6％的聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素钠粘结剂，2％的乙炔黑导电剂，称量石墨、聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素钠粘结剂、乙炔黑导电剂等质量的去离子水和丁苯橡胶混合溶液进行搅拌，制备负极极片；步骤2、称料：称取质量比为40-70％的热熔型有机体，质量比为40-50％的无机填料，质量比为5-10％的上述粘结剂，加入搅拌釜中，称取与热熔型有机体、无机填料、粘结剂等质量的有机溶剂氮甲基吡咯烷酮，加入上述搅拌釜中；步骤3、搅拌：封闭搅拌釜，以转速100-1500rpm进行搅拌，搅拌时长2-6小时，制备出的浆料半成品；步骤4、涂覆：采用喷涂或流延方式将浆料半成品涂覆在预先制备好的隔膜基体、正极极片、负极极片上和绝缘胶纸的外表面，涂覆厚度在2-6μm；步骤5、干燥：将如上涂覆好的极片和绝缘胶纸在50-80℃干燥，得到厚度在2-6μm的多孔的陶瓷膜层；步骤6、电池制备：将电池正负极极片和隔膜卷绕成电芯，并在电芯外层粘贴一层涂有陶瓷膜层的绝缘胶纸。本专利技术的有益效果是：无机填料、有机粘结机及热熔性有机体形成的陶瓷膜层涂覆于隔膜基体、正极极片、负极极片及绝缘胶纸，有效的改善了电池的安全性能，有效提高电池在高电压环境工作的寿命及安全性。附图说明图1为本专利技术优选实施方式提供的一种陶瓷隔膜的剖视示意图。图2为本专利技术优选实施方式提供的一种锂子电池的纵向剖视示意图。图3为图2所示锂子电池的正极极片及负极极片剖视示意图。图4为图2所示锂子电池的横向剖视示意图。具体实施方式如图1所示，为本专利技术优选实施方式提供的一种陶瓷隔膜100，该陶瓷隔膜10用于隔离锂电池的正极极片及负极极片，所述陶瓷隔膜100包括隔膜基体10及陶瓷膜层20。所述隔膜基体10可以是织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜等其中一种。优选地，隔膜基体可以是无纺聚合物纤维薄膜。具体的，由于聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点，所述隔膜基体10采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。所述陶瓷膜层20包括无机填料、有机粘结剂及热熔性有机体，所述陶瓷膜层20通过涂覆方式(例如喷涂、流延等方式)设置于所述隔膜基体10的相背的两个表面上(即隔膜基体10的外表面)。其中，无机填料具有良好的热稳定性和散热性能，能有效的阻止所述陶瓷隔膜100受热的收缩性能，提高所述陶瓷隔膜100的拉伸强度。无机填料选择亲油性良好且不溶于有机溶剂的纳米氢氧化铝、氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙等无机材料的一种或几种。无机填料粒度控制在500nm-1μm之间。粒度太小不易分散，粒度太大容易在隔膜上形成颗粒体，影响电池的电化学性能发挥。有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷隔膜，用于隔离锂电池的正极极片及负极极片，所述陶瓷隔膜包括隔膜基体及涂覆于隔膜基体外的陶瓷膜层；其特征在于：所述陶瓷膜层包括无机填料、有机粘结剂及热熔性有机体，所述无机填料选自纳米氢氧化铝、氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙无机材料的一种或几种；有机粘结机选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氧乙烯高分子材料中的一种或几种；以及热融性有机体选自磷酸三(β‑氯乙基)酯、二苯基膦酸甲苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、聚二甲基硅烷、有机硅酮类、及含有硅类共聚物的聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、双酚F型聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷隔膜，用于隔离锂电池的正极极片及负极极片，所述陶瓷隔膜包括隔膜基体及涂覆于隔膜基体外的陶瓷膜层；其特征在于：所述陶瓷膜层包括无机填料、有机粘结剂及热熔性有机体，所述无机填料选自纳米氢氧化铝、氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙无机材料的一种或几种；有机粘结机选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氧乙烯高分子材料中的一种或几种；以及热融性有机体选自磷酸三(β-氯乙基)酯、二苯基膦酸甲苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、聚二甲基硅烷、有机硅酮类、及含有硅类共聚物的聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、双酚F型聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯一种或几种。2.如权利要求1所述的陶瓷隔膜，其特征在于：无机填料粒度控制在500nm-1μm之间。3.如权利要求1所述的陶瓷隔膜，其特征在于：有机粘结剂聚合度范围在50万-100万分子量。4.一种陶瓷隔膜制作方法，该陶瓷隔膜用于隔离锂电池的正极极片及负极极片，该陶瓷隔膜制作方法包括以下步骤：步骤1、称料：称取质量比为40-70％的热熔型有机体，质量比为40-50％的无机填料，质量比为5-10％的粘结剂，加入搅拌釜中，称取与热熔型有机体、无机填料与粘结机等质量的有机溶剂氮甲基吡咯烷酮，加入上述搅拌釜中；步骤2、搅拌：封闭搅拌釜，以转速100-1500rpm进行搅拌，搅拌时长2-6小时，制备出浆料半成品；步骤3、涂覆：采用喷涂或流延方式将上诉浆料半成品涂覆在预先制备好的隔膜基体外表面，涂覆厚度在2-6μm；步骤4、干燥：将如上涂覆好的隔膜基体在50-80℃干燥，在所述隔膜基体得到厚度在2-6μm的多孔的陶瓷膜层，即制得所述陶瓷隔膜。5.如权利要求4陶瓷隔膜制作方法，其特征在于所述无机填料选自纳米氢氧化铝、氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙无机材料的一种或几种；有机粘结机选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氧乙烯高分子材料中的一种或几种；以及热融性有机体选自磷酸三(β-氯乙基)酯、二苯基膦酸甲苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、聚二甲基硅烷、有机硅酮类、及含有硅类共聚物的聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、双酚F型聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯一种或几种。6.一种锂离子电池，包括电芯，所述电芯包括正极极片、负极极片及设置在所述正极与所述负极之间的所述陶瓷隔膜；其特征在于：所述陶瓷隔膜包括隔膜基体及涂覆于隔膜基体外的陶瓷膜层；所述陶瓷膜层包括无机填料、有机粘结剂及热熔性有机体，所述无机填料选自纳米氢氧化铝、氧化铝、硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙无机材料的一种或几种；有机粘结机选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氧乙烯高分子材料中的一种或几种；以及热融性有机体选自磷酸三(β-氯乙基)酯、二苯基膦酸甲苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、聚二甲基硅烷、有机硅酮类、及含有硅类共聚物的聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、双酚F型聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯一种或几种。7.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极极片及负极极片的外表面均涂覆有所述陶瓷膜层。8.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于：所述电芯由所述正极极片、负极极片及所述陶瓷隔膜卷绕形成圆柱体状，所述电芯外还粘附有绝缘胶纸，所述绝缘胶纸外表面涂覆有所述陶瓷膜层。9.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极极片包括铝箔及设置于铝箔上的由镍、钴、锰三元正极材料。10.一种锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：步骤1、负极极片制备：使用质量比92-98％的人造石墨，质量比4-6％的聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素钠粘结剂，2％的乙炔黑导电剂，称量石墨、聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素钠粘结剂、乙炔黑导电剂等质量的去离子水和丁苯橡胶混合溶液进行搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：马维克，
申请(专利权)人：深圳市沃特玛电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44