一种多元复合的锂离子电池隔膜及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种多元复合的锂离子电池隔膜，包含多元涂层和隔膜基体，其特征在于：多元涂层涂覆在隔膜基体的一侧或者两侧，涂层厚度为0.5~5μm，隔膜基体厚度为20~150μm。具有较高的机械强度、安全性和较大的离子传导率，用此复合隔膜制作的锂离子电池功率特性出色，安全性能较高。
【专利说明】—种多元复合的锂离子电池隔膜及其制备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多元复合的锂离子电池隔膜及其制备，特别是涉及一种锂离子电池用多元复合的高吸液率、高传导率的隔膜及其制备方法，属于锂离子电池材料【技术领域】。 【背景技术】
[0002]锂离子电池是一种非常有效很安全的能量存储和转换装置，随着科技进步和时代的发展已经越来越被人们所接受，应用领域也越来越广泛，包括便携式电子产品、移动电话、电动汽车等领域。隔膜材料 是锂离子电池的非常重要的组成部分，它能够实现电子绝缘的功能，即防止正负极之间的直接接触，避免短路。另外，隔膜材料还是很好的离子导体，即能够实现锂离子在正负电极之间的反复移动，完成锂电池的充、放电功能。
[0003]传统的隔膜多为聚烯烃多孔膜，主要通过干法或湿法制备而得。这种聚烯烃隔膜通常热稳定性较低，在135°C左右时会发生闭孔，阻断电池的锂离子迁移的通道，终止电化学反应。另外，由于聚烯烃隔膜本身特性，它与电解液直接接触时，浸润效果并不理想，导致电池倍率性能有所降低。针对此问题众多研究者采取的措施是，将隔膜表面涂覆上无机纳米粒子，通过纳米粒子的较大比表面积来提高隔膜的吸液率。但是，一旦无机粒子涂覆到隔膜的微观孔洞，形成锂离子传输的“位阻”，无法满足锂离子电池倍率放电特性。
[0004]为此，本专利将在传统的聚合物多孔隔膜表面上涂覆少量的具有非常高离子传导率的LiltlGeP2S12，部分替代无机纳米粒子，在保证隔膜具有较高吸液率和机械强度的同时还可以提高隔膜的离子传导率，即使在无机粒子含量较高时也能保证隔膜具有一定的离子传导功能。此外，为了更进一步提高隔膜的离子传输效率，本专利在无机纳米粒子中还添加了少量的氧化石墨烯。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种多元复合的锂离子电池隔膜，具有较高的机械强度、安全性和较大的离子传导率，用此复合隔膜制作的锂离子电池功率特性出色，安全性能较闻。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:一种多元复合的锂离子电池隔膜，包含多元涂层和隔膜基体，其特征在于:多元涂层涂覆在隔膜基体的一侧或者两侧，涂层厚度为
0.5~5 μ m,隔膜基体厚度为20~150 μ m。
[0007]所述多元涂层包含15~26%的粘结剂，40-60%的无机纳米粒子，1-8%的氧化石墨烯，15^35%的LiltlGeP2S12 ;所述隔膜基体包括聚乙烯(PE)多孔膜、聚丙烯(PP)多孔膜和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基无纺布、聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物、聚酰亚胺(ΡΙ)、纤维素。
[0008]所述粘结剂可采用PVDF、PVDF-HFP共聚物或PAN中的一种，所述无机纳米粒子包括A1203、SiO2, ZrO2, ZnO和TiO2中的一种或几种的混合物。
[0009]一种多元复合锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于具体的制备步骤如下:
a)将商业化的40~60%的无机纳米粒子粉末、广8%的氧化石墨烯、15~35%的LiltlGeP2S12和15~26%的粘结剂混合后溶于NMP或者丙酮溶液中，形成固含量为60-93%的悬浊液；
b)采用流延法将步骤a)所得溶液均匀地涂覆在聚烯烃(PP、PE)隔膜或者聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基无纺布的一侧或者两侧；
c)涂覆后隔膜置于5(T80°C温度下烘干10-60分钟，即可得多元复合的锂离子电池隔膜。
[0010]所述步骤a)中的无机粒子包括A1203、Si02、ZrO2> ZnO和TiO2中的一种或几种的混合物，颗粒尺寸为3(T200nm ;所述粘结剂包括PVDF、PVDF-HFP共聚物、PAN。
[0011]本发明的积极效果是其具有较高的机械强度、安全性和较大的离子传导率，用此复合隔膜制作的锂离子电池功率特性出色，安全性能较高。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明所述多元复合锂离子电池隔膜的结构示意图，其中“I”为隔膜基体，“2”为多元涂层。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明:
实施例1
如图1所示，将60%的商业化Al2O3粉末(颗粒尺寸为30nm)、8%的氧化石墨烯、15%的Li10GeP2S12和17%的PVDF-HFP共聚物混合后溶于NMP溶液中，形成固含量为93%的悬浊液；采用流延法将上述溶液均匀地涂覆在20 μ m厚的聚乙烯PP隔膜两侧，两面的涂覆厚度均为I μ m ;涂覆后隔膜置于50°C温度下烘干60分钟，即可得多元复合的锂离子电池隔膜。
[0014]实施例2
将40%的商业化ZrO2粉末(颗粒尺寸为200nm)、1%的氧化石墨烯、33%的LiltlGeP2S12和26%的PVDF-HFP共聚物混合后溶于丙酮溶液中，形成固含量为60%的悬浊液；采用流延法将上述溶液均匀地涂覆在30 μ m厚的聚丙烯PP隔膜两侧，两面的涂覆厚度均为5 μ m ;涂覆后隔膜置于80°C温度下烘干10分钟，即可得多元复合的锂离子电池隔膜。
[0015]实施例3
将45%的商业化SiO2和TiO2的混合物(SiO2和TiO2的质量比为1:1，颗粒尺寸均为50nm)、5%的氧化石墨烯、35%的LiltlGeP2S12和15%的PVDF混合后溶于丙酮溶液中，形成固含量为75%的悬浊液；采用流延法将上述溶液均匀地涂覆在150 μ m厚的PET基无纺布一侧，涂覆厚度均为2 μ m ;涂覆后隔膜置于80°C温度下烘干30分钟，即可得多元复合的锂离子电池隔膜。
[0016]实施例4
将38%的商业化ZnO2粉末(颗粒尺寸为45nm)、6%的氧化石墨烯、31%的LiltlGeP2S12和25%的PAN混合后溶于丙酮溶液中，形成固含量为73%的悬浊液；采用流延法将上述溶液均匀地涂覆在30 μ m厚的聚乙烯PE隔膜两侧，两面的涂覆厚度均为2 μ m ;涂覆后隔膜置于50°C温度下烘干50分钟，即可得多元复合的锂离子电池隔膜。
【权利要求】
1.一种多元复合的锂离子电池隔膜，包含多元涂层和隔膜基体，其特征在于:多元涂层涂覆在隔膜基体的一侧或者两侧，涂层厚度为0.5飞μ m,隔膜基体厚度为20-150 μ m。
2.根据权利要求1所述多元复合锂离子电池隔膜，其特征在于所述多元涂层包含15~26%的粘结剂，40~60%的无机纳米粒子，1~8%的氧化石墨烯，15~35%的LiltlGeP2S12 ;所述隔膜基体包括聚乙烯(PE)多孔膜、聚丙烯(PP)多孔膜和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基无纺布、聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物、聚酰亚胺(ΡΙ)、纤维素。
3.根据权利要求2所述多元复合锂离子电池隔膜，其特征在于所述粘结剂可采用PVDF, PVDF-HFP共聚物或PAN中的一种，所述无机纳米粒子包括A1203、SiO2, ZrO2, ZnO和TiO2中的一种或几种的混合物。
4.一种多元复合锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于具体的制备步骤如下: a)将商业化的40~60%的无机纳米粒子粉末、广8%的氧化石墨烯、15~35%的LiltlGeP2S12和15~26%的粘结剂混合后溶于NMP或者丙酮溶液中，形成固含量为60-93%的悬浊液； b)采用流延法将步骤a)所得溶液均匀地涂覆在聚烯烃(PP、PE)隔膜或者聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基无纺布的一侧或者两侧； c)涂覆后隔膜置于5(T80°C温度下烘干10-60分钟，即可得多元复合的锂离子电池隔膜。
5.根据权利要 求4所述一种多元复合锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于所述步骤a)中的无机粒子包括Al203、Si02、Zr02、Zn0和TiO2中的一种或几种的混合物，颗粒尺寸为3(T200nm ;所述粘结剂包括PVDF、PVDF-HFP共聚物、PAN。
【文档编号】H01M2/16GK104022247SQ201410284850
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】姜涛, 王丹, 陈慧明, 赵中令, 于力娜, 张克金 申请人:中国第一汽车股份有限公司