一种陶瓷隔膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于锂离子电池材料，涉及一种陶瓷隔膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池的构成包括正极、负极、隔膜和电解质，隔膜作为锂离子电池的重要组成之一，尽管不参与电池中的电化学反应，但却是锂电池中关键的内层组件。目前，市场上商业化的陶瓷隔膜主要以聚乙烯(pe)、聚丙烯(pe)做为基膜，然后将al2o3或勃姆石等陶瓷浆料涂覆到基膜上制备而成。al2o3和勃姆石等无机材料具有耐高温性，其在隔膜表面形成保护层，能够防止隔膜在高温下孔结构熔融坍塌，防止正负极材料直接接触，从而避免发生大规模短路进而引发的电芯热失控。

2、然而，现有的隔膜表面涂覆的陶瓷浆料均为颗粒状材质，该材质的陶瓷浆料涂布至隔膜表面后致密性高，隔膜透气度大，孔隙率小，从而会增大电池的内阻，影响电池的功率和循环性能。市面上降低透气度的办法是减少陶瓷层的涂布量，但是这种方法会造成隔膜穿刺强度的降低。

3、综上，如何在保证穿刺强度的基础上，提供一种透气度低且能够降低电池内阻、提高电池循环性能的隔膜，已成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种陶瓷隔膜及其制备方法和应用。本发明在基膜表面设置水滑石层，水滑石具有优良的物理化学性能，并且水滑石在基膜表面呈竖式排列，该结构在保证穿刺强度的基础上，能够有效降低陶瓷隔膜透气度，最终制备得到的电池具有更低的电阻和更高的循环性能。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种陶瓷隔膜，所述陶瓷隔膜包括基膜和通过自组装方式形成在所述基膜至少一侧表面的水滑石层，沿远离所述基膜的表面的方面，所述水滑石层中的水滑石在所述基膜表面呈竖式排列。

4、优选地，所述基膜包括pp膜和/或pe膜。

5、优选地，所述水滑石包括具有如式1所示化学组成

6、[m2+1-xn3+x(oh-)2]x+[(xn-)x/n·yh2o]x-式1，

7、其中m2+为二价金属阳离子，n3+为三价金属阳离子，xn-为阴离子，0≤x≤1，0≤y，n为整数。

8、优选地，所述陶瓷隔膜中水滑石层的厚度为2～8μm。

9、第二方面，本发明提供了一种根据第一方面所述的陶瓷隔膜的制备方法，所述制备方法包括：

10、将基膜置于水滑石前驱液中，使水滑石在所述基膜的至少一侧表面晶化成型，得到所述陶瓷隔膜。

11、优选地，所述晶化成型的时间为2～4h。

12、优选地，所述晶化成型的温度为55～90℃。

13、优选地，所述晶化成型在水浴环境中进行。

14、优选地，所述水滑石前驱液按照如下方式制备：

15、将盐溶液滴加到搅拌的碱溶液中，得到水滑石前驱液。

16、优选地，所述盐溶液滴加的速度为20～40滴/min。

17、优选地，所述盐溶液中的阳离子包括二价金属阳离子和/或三价金属阳离子。

18、优选地，所述碱溶液中的碱包括na2co3和/或naoh。

19、优选地，所述晶化成型后，还包括将所述晶化成型后的隔膜清洗至中性的操作。

20、优选地，所述制备方法包括：

21、(1)将盐溶液以20～40滴/min的速度滴加到搅拌的碱溶液中，得到水滑石前驱液；

22、其中，所述盐溶液中的阳离子包括二价金属阳离子和/或三价金属阳离子，所述碱溶液中的碱包括na2co3和/或naoh；

23、(2)将基膜置于步骤(1)所述水滑石前驱液中，并将含有基膜的水滑石前驱液转移至55～90℃水浴环境中，使水滑石在所述基膜的至少一侧表面晶化成型，所述晶化成型的时间为2～4h，清洗所述晶化成型后的隔膜至中性，得到陶瓷隔膜。

24、第三方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池的隔膜采用根据第一方面所述的陶瓷隔膜。

25、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

26、本发明在基膜的表面设置水滑石层，水滑石(ldh)是一种多功能层状材料，其层板带有正电，层间存在大量可交换的阴离子，具有优良的物理化学性能，应用于隔膜表面能够提升隔膜的安全性能；同时，水滑石能够通过自组装的方式竖式复合至基膜的表面，沿远离基膜表面的方向，水滑石在基膜表面呈规则的竖式排列，该竖式排列结构能够暴露更多的隔膜表面，降低陶瓷隔膜的透气度，最终制备得到的陶瓷隔膜在保证高穿刺强度和低透气度的基础上，能够使电池具有更低的电阻和更高的循环性能。

技术特征：

1.一种陶瓷隔膜，其特征在于，所述陶瓷隔膜包括基膜和通过自组装方式形成在所述基膜至少一侧表面的水滑石层，沿远离所述基膜的表面的方面，所述水滑石层中的水滑石在所述基膜表面呈竖式排列。

2.根据权利要求1所述的陶瓷隔膜，其特征在于，所述基膜包括pp膜和/或pe膜。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷隔膜，其特征在于，所述水滑石包括具有如式1所示化学组成

4.根据权利要求1-3任一项所述的陶瓷隔膜，其特征在于，所述陶瓷隔膜中水滑石层的厚度为2～8μm。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的陶瓷隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述晶化成型的时间为2～4h；

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述水滑石前驱液按照如下方式制备：

8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述晶化成型后，还包括将所述晶化成型后的隔膜清洗至中性的操作。

9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的隔膜采用根据权利要求1-4任一项所述的陶瓷隔膜。

技术总结
本发明提供了一种陶瓷隔膜及其制备方法和应用，所述陶瓷隔膜包括基膜和设置在所述基膜至少一侧表面的水滑石层，沿远离所述基膜的表面的方面，所述水滑石层中的水滑石在所述基膜表面呈竖式排列。本发明在基膜表面设置具有优良的物理化学性能的水滑石层，并且水滑石在基膜表面呈竖式排列，该结构在保证穿刺强度的基础上，能够有效降低陶瓷隔膜透气度，最终制备得到的电池具有更低的电阻和更高的循环性能。

技术研发人员：李瑞,吕飞,赵志立,纪影,刘峰
受保护的技术使用者：天津市捷威动力工业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12