【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体而言，涉及复合隔膜及制备和在锂离子电池中的应用。
技术介绍
1、锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应和循环寿命长等特点而被广泛用作各种移动设备的电源。2017年至2022 年，全球锂电池出货量由 160 gwh 增长至1080 gwh，中国占比由33%增长至83%，预计 2025 年全球锂电池出货量将达 2347 gwh，其中中国约占比89%。相应的，全球锂电池隔膜出货量逐年增加，预计到2025年，全球隔膜用量将达到365 亿平米，具有极大的市场需求量。
2、传统聚烯烃隔膜热收缩大，导致电池短路，锂电池安全事故频发。为了改善隔膜的热稳定性，通常采用陶瓷涂层隔膜技术，在聚烯烃隔膜表面涂覆一层陶瓷层来改善隔膜的热稳定性。但陶瓷隔膜存在亲液性差、离子电导率低、与极片粘结力差、陶瓷层易脱落、陶瓷颗粒易堵孔等问题。且陶瓷颗粒吸水性强，容易造成电池循环衰减过快等品质隐患。另外，陶瓷比重大不利于大型动力电池的轻量化。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于，提供一种兼具良好热稳定性、低水分含量、高亲液性和保液率、厚度薄、电阻小的复合隔膜。
2、本专利技术的目的之二在于，提供一种复合隔膜的制备方法，该制备方法便于控制，生产效率高，且可制得具有高品质、降低电池品质隐患、有效提高电池安全性的隔膜材料。
3、本专利技术的目的之三在于，提供所述的复合隔膜在锂离子电池中的应用。
4、为了解决上述
5、所述陶瓷涂层由陶瓷涂层液经涂布、烘干后获得。所述有机聚合物涂层由有机聚合物纺丝液经纺丝、热压、烘干后获得。陶瓷涂层厚度为1-3µm，优选1.5-2.5µm，有机聚合物涂层厚度为0.3-5µm，优选0.8-3µm。
6、所述有机聚合物包括芳纶、聚酰亚胺、聚芳醚酮、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、氰乙基化聚乙烯醇中的一种或几种。
7、所述基膜包括商业pp单层膜、pe单层膜、或pp和pe多层复合基膜，厚度5-12µm，孔隙率为30-70%。
8、本专利技术的复合隔膜通过设置陶瓷涂层和有机聚合物涂层，有机聚合物涂层由静电纺丝工艺制备形成多孔结构，显著提高电解液润湿性和保液率。通过工艺调节，形成球状串珠结构，由于串珠的引入，使得制备的复合隔膜表现出稳定的超疏水性能，显著降低隔膜水分含量。并且以球状串珠作为支点，在热压时增加与极片的接触面积，显著提高隔膜与极片的粘结性，从而提高锂离子电池使用时的安全性能和稳定性。
9、本专利技术还提供复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：
10、1）所述陶瓷涂层由陶瓷涂层液于基膜一侧或二侧表面经涂布、烘干后获得；
11、2）所述有机聚合物涂层由有机聚合物纺丝液于陶瓷涂层表面经纺丝、热压、烘干后获得。
12、优选地，所述陶瓷涂层液包括如下重量份的原料：陶瓷粒子25-45份、润湿剂0.5-4份、粘结剂5-10份、去离子水60-100份。
13、进一步优选地，所述陶瓷粒子是氧化铝、勃姆石、氮化硼、二氧化硅、氧化钛、氧化锆、沸石颗粒中的一种或者多种组合，粒径分布在0.3-1µm，优选0.5-0.8µm；所述润湿剂是聚醚改性硅氧烷、聚丙烯酸钠、琥珀酸中的一种或者多种组合；所述粘结剂是聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂中的一种或者多种组合。
14、优选地，所述有机聚合物纺丝液包括如下重量份的原料：有机聚合物5-20份，有机溶剂80-95份；所述有机溶剂包括dmac、dmf、dmso中的一种或几种。
15、本专利技术以聚烯烃多孔膜为基膜，在聚烯烃多孔膜表面涂覆陶瓷涂层，再在陶瓷涂层上制备有机聚合物涂层，陶瓷涂层位于聚烯烃多孔膜和有机聚合物涂层之间，可保证隔膜的热收缩性能。同时减弱陶瓷层脱落的风险，改善了与极片的粘结性。
16、本专利技术还提供上述复合隔膜的详细制备方法，包括如下步骤：
17、1）陶瓷涂层制备：将陶瓷粒子、润湿剂、粘结剂、去离子水混合，在一定条件下得到陶瓷涂层液，用微凹涂布方式涂布于基膜上，经45-65℃烘干1min得陶瓷涂层。
18、2）有机聚合物涂层制备：将有机聚合物溶于有机溶剂中制备有机聚合物纺丝液。将纺丝液加入注射器中，在一定电压、挤出速度和接收距离条件下纺丝，接收器端为陶瓷涂覆基膜。收集得到复合膜，在80~120℃、5~15 mpa条件下热压3~15min，得最终复合隔膜。
19、优选地，所述步骤1）中，陶瓷涂层液的制备条件是：室温、1300-2000rpm/min条件下搅拌30-120min。
20、优选地，所述步骤2）中，纺丝条件是：电压15-30kv、挤出速度1.5~3ml/h，接收距离8~25cm。
21、本专利技术还提供上述复合隔膜的应用，应用于锂离子电池。
22、所述有机聚合物涂层含有大量串珠结构，表现出稳定的超疏水性能。
23、陶瓷涂层采用水性涂覆工艺制备，可提高隔膜耐热性能和电解液浸润性。有机聚合物涂层采用静电纺丝方式制备，通过调节纺丝参数，形成球状串珠结构。因含有大量串珠结构，制备的复合隔膜表现出稳定的超疏水性能。且有机聚合物具有极高耐热性和对极片的粘结性，静电纺丝制备工艺赋予隔膜极高的孔隙率。本专利技术的复合隔膜厚度薄、电阻小、耐高温；具有优异的热稳定性和力学性能，不仅如此，还具有极高的电解液润湿性和保液率，显著降低隔膜水分含量。组装的锂离子电池具有循环性能出色，安全性能高等特点。
24、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和优势：
25、1.本专利技术的复合隔膜创新性的设置静电纺丝球状串珠结构有机聚合物涂层。有机聚合物涂层由静电纺丝工艺制备形成多孔结构，显著提高电解液润湿性和保液率。通过工艺调节，形成球状串珠结构，由于串珠的引入，使得制备的复合隔膜表现出稳定的超疏水性能，显著降低隔膜水分含量。并且以球状串珠作为支点，在热压时增加与极片的接触面积，显著提高隔膜与极片的粘结性，从而提高锂离子电池使用时的安全性能和稳定性。
26、2.本专利技术所述的陶瓷涂层和有机聚合物涂层可以协同起到增强隔膜耐热性能的效果，且由于有机聚合物涂层与极片粘结更加紧密，陶瓷粒子也不易脱落，显著改善电池的安全性能。
27、3.该复合隔膜兼具陶瓷涂层良好的耐热性和力学性能，又具备静电纺丝有机聚合物涂层良好的电解液浸润性和保液率，同时兼顾降低隔膜水分含量，提高隔膜与极片的粘结性的效果。有利于提高隔膜在高倍率充放电时的稳定性和电池倍率性能，又由于陶瓷颗粒的硬度，起到阻碍枝晶生长、避免隔膜穿孔破坏的作用。
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1.复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜包括由基膜和附着在基膜的一侧或二侧表面的一层或二层以上陶瓷涂层、以及附着在陶瓷涂层表面的一层或二层以上有机聚合物涂层组成；
2.一种权利要求1所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求2所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.一种权利要求1所述的复合隔膜的应用，其特征在于，所述的复合隔膜能作为隔膜应用于锂离子电池中。
【技术特征摘要】
1.复合隔膜，其特征在于，所述复合隔膜包括由基膜和附着在基膜的一侧或二侧表面的一层或二层以上陶瓷涂层、以及附着在陶瓷涂层表面的一层或二层以上有机聚合物涂层组成；
2.一种权利要求1所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的复合隔膜的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠伟，陈磊，佟显东，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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