專利名稱：一種隔膜及應用該隔膜的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及新型電源技術(shù)領域，尤其涉及一種隔膜及應用該隔膜的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
隨著信息、材料和能源技術(shù)的進步，鋰離子電池以其高比能量、長循環(huán)壽命、無記憶效應、安全可靠以及快速充放電等優(yōu)點而成為新型電源技術(shù)研究的熱點。鋰離子電池由正極片、負極片、電解液、隔膜以及電池外殼組成。其中，隔膜作為電池的“第三極”，是鋰離子電池中的關鍵內(nèi)層組件之一。隔膜位于鋰離子電池的正極片和負極片中間，是鋰離子電池最關鍵的部分，電池隔膜最主要的功能是分隔電池中的正極片和負極片，防止正極片和負極片直接接觸產(chǎn)生短路，同時，由于隔膜中具有大量曲折貫通的微孔，電解液中的離子載體可以在微孔中自由通過，在正極片和負極片之間遷移形成電池內(nèi)部導電回路，而電子則通過外部回路在正負極之間遷移形成電流，供外部設備利用。此外，隔膜具有自動關斷保護功能，由于非正常情況下電池短路使電池內(nèi)部溫度升高，當電池內(nèi)部溫度到達閉孔溫度時，隔膜微孔會閉塞阻斷電流通過。目前，通常使用的鋰離子電池中，隔膜與正負極僅通過隔膜產(chǎn)生的微弱表面張力實現(xiàn)微弱貼合，這種情況下，電極界面的均勻性難以保證，容易出現(xiàn)隔膜褶皺、氣泡聚集、極間距不均勻等問題，造成電池在使用過程中電流密度不均勻，電極極化增大，甚至出現(xiàn)局部析鋰等問題，影響電池的壽命；同時，由于目前的鋰離子電池使用的隔膜通常是聚烯烴類隔膜，而聚烯烴類隔膜的熱穩(wěn)定性有限，雖然這種隔膜在特定溫度下會出現(xiàn)閉孔現(xiàn)象，但是隨著電池溫度的升高會發(fā)生隔膜熔融現(xiàn)象，隔膜熔融會導致電池內(nèi)部瞬間發(fā)生大面積短路， 引起電池起火爆炸。此外，聚烯烴類隔膜的機械性也較差，在出現(xiàn)外力狀況下，極易出現(xiàn)隔膜破裂，隔膜破裂同樣會導致電池內(nèi)部瞬間發(fā)生大面積短路，引起電池起火爆炸。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種隔膜及應用該隔膜的鋰離子電池，用以解決目前鋰離子電池中電極界面均勻性差以及隔膜熱穩(wěn)定性有限的問題。其技術(shù)方案如下一種隔膜，包括基體隔膜、凝膠聚合物涂層和隔熱涂層；所述基體隔膜上正對正極片的表面涂覆有所述凝膠聚合物涂層；所述基體隔膜上正對負極片的表面涂覆有所述隔熱涂層。優(yōu)選地，所述凝膠聚合物涂層的凝膠聚合物為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸酯類、含氟聚合物中的任意一個或任意組合。所述凝膠聚合物涂層的厚度為1-5 μ m。優(yōu)選地，所述隔熱涂層所使用的材料為陶瓷或有機芳香族物質(zhì)。所述隔熱涂層的厚度為2-9 μ m。一種鋰離子電池，包括上述的隔膜。本發(fā)明提供的隔膜和應用該隔膜的鋰離子電池，通過在基體隔膜上正對正極片的表面涂覆凝膠聚合物涂層，在基體隔膜上正對負極片的表面涂覆隔熱涂層，使得隔膜和電極能夠緊密貼合，從而使得鋰在負極的沉積更加均勻，抑制枝晶形成，同時，提高了隔膜熱穩(wěn)定性和機械性能，從而提高了電池的安全性、延長了電池的壽命。此外，本發(fā)明提供的隔膜通過在基體隔膜上涂覆凝膠聚合物涂層和隔熱涂層一定程度上降低了靜電現(xiàn)象、改善了隔膜離子電導率和浸潤性、改善了隔膜的柔韌性。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例一提供的隔膜結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例一本發(fā)明實施例一提供了一種隔膜，如圖1所示，該隔膜包括基體隔膜11、凝膠聚合物涂層12和隔熱涂層13。基體隔膜11上正對正極片14的表面涂覆有凝膠聚合物涂層 12，基體隔膜11上正對負極片15的表面涂覆有隔熱涂層13。在本實施例中，凝膠聚合物涂層12的凝膠聚合物為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸酯類、含氟聚合物中的任意一種或任意組合。本實施例并不限定所使用的凝膠聚合物為上述幾種，只要所使用的物質(zhì)可以起到凝膠聚合物的作用即可。凝膠聚合物涂層12的制備方法為將凝膠聚合物溶解于可溶聚合物的溶劑中，固含量為-20%，形成溶膠狀膠液，將溶膠狀膠液涂覆在基體隔膜11上正對正極片13的表面，形成凝膠聚合物涂層12，凝膠聚合物涂層12的厚度約為1-5 μ m。在本實施例中，隔熱涂層13所使用的材料為一種平均粒度為0. 01-10 μ m的陶瓷， 當然，本實施例并不限定隔熱涂層13所使用的材料，只要所使用的材料為隔熱型材料即可。隔熱涂層13所使用的材料還可為有機芳香族物質(zhì)。隔熱涂層13的制備方法為將所選用的陶瓷材料或有機隔熱材料和粘結(jié)劑按配比溶解于溶劑中，形成懸浮漿料，懸浮漿料的固含量為_30%，然后將漿料涂覆在基體隔膜11上正對負極片15的表面，加熱固化后形成隔熱涂層13，隔熱涂層13的厚度為 2-9 μ m。其中，粘結(jié)劑是聚偏氟乙烯、聚氧乙烯、聚丙烯腈等。在本實施例中，基體隔膜11可以為微孔膜例如常見的聚烯烴類隔膜、織造膜、非織造膜例如無紡布、復合膜、隔膜紙、碾壓膜等。本發(fā)明實施例中凝膠聚合物涂層和隔熱涂層的制備工藝都采用水系漿料進行涂覆，或者，凝膠聚合物涂層和隔熱涂層中任意一個使用水系漿料涂覆、另一個采用油系漿料進行涂覆。相比現(xiàn)有技術(shù)中全部使用油系漿料涂覆，本發(fā)明所采用的制備工藝可以降低成本，還可減少對操作人員身體的傷害和對環(huán)境的破壞。實施例二本發(fā)明實施例二提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括實施例一提供的隔膜，還包括正極片、負極片、電解液以及電池外殼。在本實施例中，隔膜的基體隔膜上正對正極片的表面所涂覆的凝膠聚合物涂層有利于電解液浸潤，該凝膠聚合物涂層在鋰離子電池中能夠迅速融合，使隔膜和極片能夠緊密貼合，使隔膜固定平整，不會在電芯生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生褶皺，改善了界面，減少了鋰枝晶產(chǎn)生的幾率，延長了電池的壽命。此外，如果只在隔膜的基體隔膜上正對正極片的表面涂覆凝膠聚合物涂層，隔膜的靜電比較嚴重，離子電導率和浸潤性也稍差，在隔膜的基體隔膜上正對負極片表面涂覆隔熱涂層可以在一定程度上降低靜電現(xiàn)象，提高隔膜的實用性，同時能一定程度上改善隔膜離子電導率和浸潤性。雖然單獨涂覆凝膠聚合涂層可以改善界面的貼合效果，抑制鋰枝晶的形成，在一定程度上改善電池的安全性，但這種改善僅能避免由于枝晶造成的內(nèi)部微短路問題，當電池溫度到達130-170攝氏度時，隔膜還是會發(fā)生變形，引起電池爆炸，當添加了隔熱涂層后，可以將隔膜的耐熱溫度提高到250攝氏度以上，從而保證了電池的安全性。由于電池在充放電的過程中釋放熱量，尤其在短路或過充電的時候，會有大量熱量放出，在這種情況下，隔膜會發(fā)生變形和/或破裂，變形和/或破裂后的隔膜無法起到隔離電池中的正極片和負極片的作用，電池發(fā)生大面積短路，從而引發(fā)爆炸。為了防止上述情況的發(fā)生，本發(fā)明實施例提供的電池通過在隔膜的基體隔膜的表面涂覆的隔熱涂層，使得當溫度達到隔膜熔點時支持隔膜不變形，即提高了隔膜的熱穩(wěn)定性，同時，隔熱涂層提高了隔膜的機械強度，又由于負極一般是鋰離子電池內(nèi)部的產(chǎn)熱源，因此隔熱涂層和負極片正對。此外，當只在隔膜的基體隔膜上正對負極片的表面涂覆隔熱涂層時，隔膜的柔韌性稍差，在基體隔膜上正對正極片的表面上涂覆凝膠聚合物涂層可以在一定程度上改善隔膜的柔韌性。本發(fā)明實施例二提供的鋰離子電池中，通過在隔膜的基體隔膜上正對正極片的表面涂覆凝膠聚合物涂層，在隔膜的基體隔膜上正對負極片的表面涂覆隔熱涂層，使得隔膜和電極能夠緊密貼合，從而使得鋰在負極的沉積更加均勻，抑制枝晶形成，同時提高了隔膜的熱穩(wěn)定性和機械性能，從而提高了電池的安全性、延長了電池的壽命。此外，本發(fā)明提供的鋰離子電池中的隔膜通過在基體隔膜上涂覆膠聚合物涂層和隔熱涂層在一定程度上降低了靜電現(xiàn)象、改善了隔膜離子電導率和浸潤性、改善了隔膜的柔韌性。對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種隔膜，其特征在于，包括基體隔膜、凝膠聚合物涂層和隔熱涂層； 所述基體隔膜上正對正極片的表面涂覆有所述凝膠聚合物涂層；所述基體隔膜上正對負極片的表面涂覆有所述隔熱涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述凝膠聚合物涂層的凝膠聚合物為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸酯類、含氟聚合物中的任意一種或任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隔膜，其特征在于，所述凝膠聚合物涂層的厚度為1-5μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔膜，其特征在于，所述隔熱涂層所使用的材料為陶瓷或有機芳香族物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隔膜，其特征在于，所述隔熱涂層的厚度為2-9μ m。
6.一種鋰離子電池，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的隔膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種隔膜及應用該隔膜的鋰離子電池，其中，隔膜包括基體隔膜、凝膠聚合物涂層和隔熱涂層，所述基體隔膜上正對正極片的表面涂覆有所述凝膠聚合物涂層；所述基體隔膜上正對負極片的表面涂覆有所述隔熱涂層。本發(fā)明提供的鋰離子電池包括了上述隔膜。本發(fā)明提供的鋰離子電池通過在隔膜的基體隔膜上正對正極片的表面涂覆凝膠聚合物涂層，使得隔膜和電極能夠緊密貼合，從而使得鋰在負極的沉積更加均勻，抑制枝晶形成，提高了電池的安全性，延長了電池的壽命；通過在隔膜的基體隔膜上正對負極片的表面涂覆隔熱涂層，提高了隔膜熱穩(wěn)定性和機械性能，從而提高了電池的安全性。
文檔編號H01M2/16GK102569703SQ201210022388
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者張敏, 王金霞, 王馳偉, 申津婧, 高秀玲 申請人:天津市捷威動力工業(yè)有限公司