专利名称：一种隔膜及应用该隔膜的锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及新型电源技术领域，尤其涉及一种隔膜及应用该隔膜的锂离子电池。
背景技术：
随着信息、材料和能源技术的进步，锂离子电池以其高比能量、长循环寿命、无记忆效应、安全可靠以及快速充放电等优点而成为新型电源技术研究的热点。锂离子电池由正极片、负极片、电解液、隔膜以及电池外壳组成。其中，隔膜作为电池的“第三极”，是锂离子电池中的关键内层组件之一。隔膜位于锂离子电池的正极片和负极片中间，是锂离子电池最关键的部分，电池隔膜最主要的功能是分隔电池中的正极片和负极片，防止正极片和负极片直接接触产生短路，同时，由于隔膜中具有大量曲折贯通的微孔，电解液中的离子载体可以在微孔中自由通过，在正极片和负极片之间迁移形成电池内部导电回路，而电子则通过外部回路在正负极之间迁移形成电流，供外部设备利用。此外，隔膜具有自动关断保护功能，由于非正常情况下电池短路使电池内部温度升高，当电池内部温度到达闭孔温度时，隔膜微孔会闭塞阻断电流通过。目前，通常使用的锂离子电池中，隔膜与正负极仅通过隔膜产生的微弱表面张力实现微弱贴合，这种情况下，电极界面的均勻性难以保证，容易出现隔膜褶皱、气泡聚集、极间距不均勻等问题，造成电池在使用过程中电流密度不均勻，电极极化增大，甚至出现局部析锂等问题，影响电池的寿命；同时，由于目前的锂离子电池使用的隔膜通常是聚烯烃类隔膜，而聚烯烃类隔膜的热稳定性有限，虽然这种隔膜在特定温度下会出现闭孔现象，但是随着电池温度的升高会发生隔膜熔融现象，隔膜熔融会导致电池内部瞬间发生大面积短路， 引起电池起火爆炸。此外，聚烯烃类隔膜的机械性也较差，在出现外力状况下，极易出现隔膜破裂，隔膜破裂同样会导致电池内部瞬间发生大面积短路，引起电池起火爆炸。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种隔膜及应用该隔膜的锂离子电池，用以解决目前锂离子电池中电极界面均勻性差以及隔膜热稳定性有限的问题。其技术方案如下一种隔膜，包括基体隔膜、凝胶聚合物涂层和隔热涂层；所述基体隔膜上正对正极片的表面涂覆有所述凝胶聚合物涂层；所述基体隔膜上正对负极片的表面涂覆有所述隔热涂层。优选地，所述凝胶聚合物涂层的凝胶聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸酯类、含氟聚合物中的任意一个或任意组合。所述凝胶聚合物涂层的厚度为1-5 μ m。优选地，所述隔热涂层所使用的材料为陶瓷或有机芳香族物质。所述隔热涂层的厚度为2-9 μ m。一种锂离子电池，包括上述的隔膜。本发明提供的隔膜和应用该隔膜的锂离子电池，通过在基体隔膜上正对正极片的表面涂覆凝胶聚合物涂层，在基体隔膜上正对负极片的表面涂覆隔热涂层，使得隔膜和电极能够紧密贴合，从而使得锂在负极的沉积更加均勻，抑制枝晶形成，同时，提高了隔膜热稳定性和机械性能，从而提高了电池的安全性、延长了电池的寿命。此外，本发明提供的隔膜通过在基体隔膜上涂覆凝胶聚合物涂层和隔热涂层一定程度上降低了静电现象、改善了隔膜离子电导率和浸润性、改善了隔膜的柔韧性。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本发明实施例一提供的隔膜结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一本发明实施例一提供了一种隔膜，如图1所示，该隔膜包括基体隔膜11、凝胶聚合物涂层12和隔热涂层13。基体隔膜11上正对正极片14的表面涂覆有凝胶聚合物涂层 12，基体隔膜11上正对负极片15的表面涂覆有隔热涂层13。在本实施例中，凝胶聚合物涂层12的凝胶聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸酯类、含氟聚合物中的任意一种或任意组合。本实施例并不限定所使用的凝胶聚合物为上述几种，只要所使用的物质可以起到凝胶聚合物的作用即可。凝胶聚合物涂层12的制备方法为将凝胶聚合物溶解于可溶聚合物的溶剂中，固含量为-20%，形成溶胶状胶液，将溶胶状胶液涂覆在基体隔膜11上正对正极片13的表面，形成凝胶聚合物涂层12，凝胶聚合物涂层12的厚度约为1-5 μ m。在本实施例中，隔热涂层13所使用的材料为一种平均粒度为0. 01-10 μ m的陶瓷， 当然，本实施例并不限定隔热涂层13所使用的材料，只要所使用的材料为隔热型材料即可。隔热涂层13所使用的材料还可为有机芳香族物质。隔热涂层13的制备方法为将所选用的陶瓷材料或有机隔热材料和粘结剂按配比溶解于溶剂中，形成悬浮浆料，悬浮浆料的固含量为_30%，然后将浆料涂覆在基体隔膜11上正对负极片15的表面，加热固化后形成隔热涂层13，隔热涂层13的厚度为 2-9 μ m。其中，粘结剂是聚偏氟乙烯、聚氧乙烯、聚丙烯腈等。在本实施例中，基体隔膜11可以为微孔膜例如常见的聚烯烃类隔膜、织造膜、非织造膜例如无纺布、复合膜、隔膜纸、碾压膜等。本发明实施例中凝胶聚合物涂层和隔热涂层的制备工艺都采用水系浆料进行涂覆，或者，凝胶聚合物涂层和隔热涂层中任意一个使用水系浆料涂覆、另一个采用油系浆料进行涂覆。相比现有技术中全部使用油系浆料涂覆，本发明所采用的制备工艺可以降低成本，还可减少对操作人员身体的伤害和对环境的破坏。实施例二本发明实施例二提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括实施例一提供的隔膜，还包括正极片、负极片、电解液以及电池外壳。在本实施例中，隔膜的基体隔膜上正对正极片的表面所涂覆的凝胶聚合物涂层有利于电解液浸润，该凝胶聚合物涂层在锂离子电池中能够迅速融合，使隔膜和极片能够紧密贴合，使隔膜固定平整，不会在电芯生产和使用过程中产生褶皱，改善了界面，减少了锂枝晶产生的几率，延长了电池的寿命。此外，如果只在隔膜的基体隔膜上正对正极片的表面涂覆凝胶聚合物涂层，隔膜的静电比较严重，离子电导率和浸润性也稍差，在隔膜的基体隔膜上正对负极片表面涂覆隔热涂层可以在一定程度上降低静电现象，提高隔膜的实用性，同时能一定程度上改善隔膜离子电导率和浸润性。虽然单独涂覆凝胶聚合涂层可以改善界面的贴合效果，抑制锂枝晶的形成，在一定程度上改善电池的安全性，但这种改善仅能避免由于枝晶造成的内部微短路问题，当电池温度到达130-170摄氏度时，隔膜还是会发生变形，引起电池爆炸，当添加了隔热涂层后，可以将隔膜的耐热温度提高到250摄氏度以上，从而保证了电池的安全性。由于电池在充放电的过程中释放热量，尤其在短路或过充电的时候，会有大量热量放出，在这种情况下，隔膜会发生变形和/或破裂，变形和/或破裂后的隔膜无法起到隔离电池中的正极片和负极片的作用，电池发生大面积短路，从而引发爆炸。为了防止上述情况的发生，本发明实施例提供的电池通过在隔膜的基体隔膜的表面涂覆的隔热涂层，使得当温度达到隔膜熔点时支持隔膜不变形，即提高了隔膜的热稳定性，同时，隔热涂层提高了隔膜的机械强度，又由于负极一般是锂离子电池内部的产热源，因此隔热涂层和负极片正对。此外，当只在隔膜的基体隔膜上正对负极片的表面涂覆隔热涂层时，隔膜的柔韧性稍差，在基体隔膜上正对正极片的表面上涂覆凝胶聚合物涂层可以在一定程度上改善隔膜的柔韧性。本发明实施例二提供的锂离子电池中，通过在隔膜的基体隔膜上正对正极片的表面涂覆凝胶聚合物涂层，在隔膜的基体隔膜上正对负极片的表面涂覆隔热涂层，使得隔膜和电极能够紧密贴合，从而使得锂在负极的沉积更加均勻，抑制枝晶形成，同时提高了隔膜的热稳定性和机械性能，从而提高了电池的安全性、延长了电池的寿命。此外，本发明提供的锂离子电池中的隔膜通过在基体隔膜上涂覆胶聚合物涂层和隔热涂层在一定程度上降低了静电现象、改善了隔膜离子电导率和浸润性、改善了隔膜的柔韧性。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种隔膜，其特征在于，包括基体隔膜、凝胶聚合物涂层和隔热涂层； 所述基体隔膜上正对正极片的表面涂覆有所述凝胶聚合物涂层；所述基体隔膜上正对负极片的表面涂覆有所述隔热涂层。
2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述凝胶聚合物涂层的凝胶聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸酯类、含氟聚合物中的任意一种或任意组合。
3.根据权利要求2所述的隔膜，其特征在于，所述凝胶聚合物涂层的厚度为1-5μ m。
4.根据权利要求3所述的隔膜，其特征在于，所述隔热涂层所使用的材料为陶瓷或有机芳香族物质。
5.根据权利要求4所述的隔膜，其特征在于，所述隔热涂层的厚度为2-9μ m。
6.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求1-5中任意一项所述的隔膜。
全文摘要
本发明提供了一种隔膜及应用该隔膜的锂离子电池，其中，隔膜包括基体隔膜、凝胶聚合物涂层和隔热涂层，所述基体隔膜上正对正极片的表面涂覆有所述凝胶聚合物涂层；所述基体隔膜上正对负极片的表面涂覆有所述隔热涂层。本发明提供的锂离子电池包括了上述隔膜。本发明提供的锂离子电池通过在隔膜的基体隔膜上正对正极片的表面涂覆凝胶聚合物涂层，使得隔膜和电极能够紧密贴合，从而使得锂在负极的沉积更加均匀，抑制枝晶形成，提高了电池的安全性，延长了电池的寿命；通过在隔膜的基体隔膜上正对负极片的表面涂覆隔热涂层，提高了隔膜热稳定性和机械性能，从而提高了电池的安全性。
文档编号H01M2/16GK102569703SQ201210022388
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月1日 优先权日2012年2月1日
发明者张敏, 王金霞, 王驰伟, 申津婧, 高秀玲 申请人:天津市捷威动力工业有限公司