陶瓷隔膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂电池隔膜材料技术领域，尤其是涉及一种陶瓷隔膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池作为一种能量密度高、无记忆效应、长寿命、环境友好等优势，已被广 泛应用于移动通讯、数码产品等各个领域。随着人们对环境问题的日益关注，在储能和电动 汽车领域的应用也在日益扩大。
[0003] 锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成，隔膜是其核心关键材 料之一。在锂离子电池中，隔膜主要起到防止正负极接触并允许离子传导的作用。目前， 现有的商品化的锂离子电池中采用的主要是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯 (PE)、聚丙烯（PP)的单层或多层膜。但聚烯烃隔膜在在高温条件下表现出较大的热收缩， 从而导致在电池发生热滥用，由于电池内部的热积聚易发生变形而使正负极直接接触从而 引发短路。尤其是对于锂离子动力电池而言，电池在大倍率充放电过程中，产生大量的热 量，使电池温度急剧增加。因而，研发具有更高热稳定性与热安全性的新型隔膜已经成为锂 离子动力电池发展的当务之急。在这其中，陶瓷隔膜优异的耐温性和高安全性使其成为取 代传统聚烯烃隔膜的主要选择之一。
[0004] 陶瓷隔膜是在现有的聚烯烃微孔膜基材的表面上，单面或双面涂布一层均匀 的、由陶瓷微颗粒等构成的保护层，形成多孔性的安全性功能隔膜。在保证聚烯烃微孔 隔膜原有基本特性的基础上，赋予隔膜高耐热功能，降低隔膜的热收缩性，从而更有效地 减少锂离子电池内部短路，防止因电池内部短路而引起的电池热失控。目前，如现有技术 201310006942. 6公开的方案，陶瓷粉体一般采用二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化 锆、氧化锌、二氧化锡、氧化钙、氧化镁等金属氧化物制成。但是，由于这些陶瓷粉体的离子 电导率低，从而导致电池的高倍率充放电容量低。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种陶瓷隔膜，本发明提供的陶瓷 隔膜离子电导率高，高倍率充放电容量高、倍率性能好。
[0006] 本发明提供了一种陶瓷隔膜，包括：
[0007] 基层；
[0008] 复合于基层表面的第一陶瓷层；
[0009] 所述第一陶瓷层由可脱嵌锂离子的化合物组成。
[0010] 优选的，还包括：复合于基层另一表面的第二陶瓷层；所述第二陶瓷层由可脱嵌 锂离子的化合物组成。
[0011] 优选的，所述可脱嵌锂离子的化合物选自Li2Mn03、Li2Mn0 3-LiNiCoMn02、Li5FeOzp Li5Fe50s、Li2Fe30 4、Li2Fe305、Li2MnSi0 4、Li2FeSi04、Li2CoSi04、Li 2NiSi04、LiFeSi04、LiMnSi04、 LiNiSi04、LiCoSi04、LiFeSi04、LiMn 204、LiCo02、Li3V2 (PO4) 3、Li4Ti5O12 和 LiNiO2 中的一种或 几种。
[0012] 优选的，所述可脱嵌锂离子的化合物的粒径为5nm~50 μ m。
[0013] 优选的，所述基层由聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、纤维素和聚偏氟乙烯中的一种或 几种组成。
[0014] 优选的，所述第一陶瓷层的厚度为〇· 5~30 μ m。
[0015] 优选的，所述第二陶瓷层的厚度为0· 5~30 μ m。
[0016] 优选的，所述基层的厚度为5~50 μ m。
[0017] 本发明提供了一种陶瓷隔膜的制备方法，包括：
[0018] 将可脱嵌锂离子的化合物涂布到基层表面，制备得到陶瓷隔膜。
[0019] 本发明还提供了一种锂离子电池，其隔膜为上述权利要求所述的陶瓷隔膜或由上 述权利要求所述的制备方法制备得到的陶瓷隔膜。
[0020] 与现有技术相比，本发明提供了一种陶瓷隔膜，包括：基层；复合于基层表面的第 一陶瓷层；所述第一陶瓷层由可脱嵌锂离子的化合物组成。本发明采用可脱嵌锂离子的化 合物组成第一陶瓷层，一方面可以降低隔膜的热收缩性，从而有效的减少锂离子电池内部 短路，防止因电池内部短路而引起的电池热失控。另一方面由于离子电导率比较高，电池的 倍率性能得到很大提高。而且通过本发明制备得到的锂离子电池能量密度也得到很大的提 商。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明陶瓷隔膜单面涂布的示意图；
[0022] 图2为本发明陶瓷隔膜双面涂布的示意图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明提供了一种陶瓷隔膜，包括：
[0024] 基层；
[0025] 复合于基层表面的第一陶瓷层；
[0026] 所述第一陶瓷层由可脱嵌锂离子的化合物组成。本发明提供了一种陶瓷隔膜，包 括基层。所述基层优选由聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、纤维素和聚偏氟乙烯中的一种或几种 组成，更优选由聚乙烯、聚丙烯和聚偏氟乙烯中的一种或几种组成，最优选由聚乙烯或聚丙 烯组成。在本发明中，所述基层的厚度优选为5~50 μ m，更优选为10~40 μ m。可以为市 售，本发明对此不进行限制。
[0027] 本发明提供了一种陶瓷隔膜，包括复合于基层表面的第一陶瓷层。所述第一陶瓷 层优选由可脱嵌锂离子的化合物组成。在本发明中，所述可脱嵌锂离子的化合物优选选自 Li2Mn03、Li2Mn03-LiNiCoMn0 2、Li5Fe04、Li5Fe50 8、Li2Fe304、Li2Fe 305、Li2MnSi04、Li2FeSi0 4、 Li2CoSi04、Li2NiSi04、LiFeSi0 4、LiMnSi04、LiNiSi04、LiCoSi04、LiFeSi0 4、LiMn204、LiCo02、 Li3V2(PO4)3' Li4Ti5O12' LiL2Ni0.13C〇0.13Mn a5402 和 Li2MnO3, Li2MnO3-LiNiCoMnO2, Li2Fe3O4, Li2Fe3O5, Li2FeSiO4, Li2CoSiO4, LiFeSiO4, LiMnSiO4, LiCoSiO4' LiFeSiO4' LiMn2O4' LiCo02、Li3V2(PO4)3' Lih2Niai3Coai3Mna54O 2 和 LiNiO2 中的一 种或几种，最优选的选自 Li2Mn03、Li5Fe04、Li2FeSi0 4、LiFeSi04、Li4Ti5012、Li 3V2(PO4)3 和 Li1.2Ni。. 13C〇a 13MnQ.5402 中的一种或几种。
[0028] 本发明对于上述化合物的来源不进行限定，优选为市售。
[0029] 在本发明中，所述可脱嵌锂离子的化合物的粒径优选为5nm~50 μ m，更优选为 IOnm~40 μ m，最优选为10 μ m~30 μ m。在本发明中，所述陶瓷层的厚度优选为0· 5~ 30 μ m，更优选为1~20 μ m，更优选为5~15 μ m。在本发明中，所述基层和所述陶瓷层的 厚度比优选为（5~50) : (0· 5~30)，更优选为（10~40) : (1~20)。
[0030] 在本发明中，优选还包括：复合于基层另一表面的第二陶瓷层；所述第二陶瓷层 由可脱嵌锂离子的化合物组成。也就是说，在本发明中，所述陶瓷层可以是单面涂布于基层 上，也可以双面分别涂布于基层上。如图1和图2所示，图1为本发明陶瓷隔膜单面涂布的 示意图，图2为本发明陶瓷隔膜双面涂布的示意图，其中，1为基层，2为陶瓷层。
[0031] 按照单面涂布制备得到的电池结构为：正极/第一陶瓷层/基层/负极。
[0032] 按照双面涂布制备得到的电池结构为：正极/第一陶瓷层/基层/第二陶瓷层/ 负极。
[0033] 在本发明中，第一陶瓷层和第二陶瓷层中的可脱嵌锂离子的化合物可以相同也可 以不同，优选为相同。
[0034] 所述基层优选由聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、纤维素和聚偏氟乙烯中的一种或几种 组成，更优选由聚乙烯、聚丙烯和聚偏氟乙烯中的一种或几种组成，最优选由聚乙烯或聚丙 烯组成。在本发明中，所述基层的厚度优选为5~50 μ m，更优选为10~40 μ m。可以为市 售，本发明对此不进行限制。
[0035] 所述第二陶瓷层优选由可脱嵌锂离子的化合物组成。在本发明中，所述可脱嵌锂 离子的化合物优选选自 Li2Mn03、Li2Mn03_LiNiCoMn0 2、Li5Fe04、Li5Fe50 s、Li2Fe304、Li2Fe 305、 Li2MnSiO4, Li2FeSiO4, Li2CoSiO4, Li2NiSiO4, LiFeSiO4, LiMnSiO4, LiNiSiO4, LiCoSiO4, LiFeSiO4' LiMn2O4' LiCo02、Li3V2 (PO4) 3、Li4Ti5O12' Lih2Nia 13Co〇. 13Mna5402 和 LiNiO2 中的一种 或几种，更优选选自 Li2Mn03、Li2Mn03_LiNiCoMn0 2、Li2Fe304、Li2Fe 305、Li2FeSi04、Li2CoSi0 4、 LiFeSiO4' LiMnSiO4' LiCoSiO4' LiFeSiO4' LiMn2O4' LiCo02、Li3V2 (PO4) 3、Li1.2Ni〇. 13Co〇. 13Mna 5402 和 LiNiO2 中的一种或几种，最优选的选自 Li2Mn03、Li5Fe04、Li2FeSi0 4、LiFeSi04、Li4Ti5012、 Li3V2(PO4)3 和 Lih2Niai3Coai3Mna54O 2 中的一种或几种。
[0036] 本发明对于上述化合物的来源不进行限定，优选为市售。
[0037] 在本发明中，所述可脱嵌锂离子的化合物的粒径优选为5nm~50 μ m，更优选为 IOnm~40 μ m，最优选为10 μ m~30 μ m。在本发明中，所述陶瓷层的厚度优选为0· 5~ 30 μ m，更优选为1~20 μ m，更优选为5~15 μ m。在本发明中，所述基层和所述陶瓷层的 厚度比优选为（5~50) : (0· 5~30)，更优选为（10~40) : (1~20)。
[0038] 本发明采用可脱嵌锂离子的化合物组成第一或第二陶瓷层，一方面可以降低隔膜 的热收缩性，从而有效的减少锂离子电池内部短路，防止因电池内部短路而引起的电池热 失控。另一方面由于离子电导率比较高，电池的倍率性能得到很大提高。而且通过本发明 制备得到的锂离子电池能量密度也得到很大的提高。
[0039] 本发明提供了一种陶瓷隔膜的制备方法，包括：
[0040] 将可脱嵌