锂离子二次电池及其隔离膜及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂离子二次电池及其隔离膜及制备方 法。
【背景技术】
[0002] 现阶段，可移动式电子产品及信息通讯设备的广泛应用，使得人们对二次电池的 需求越来越高。其中，锂离子二次电池由于其自身较高的能量密度、长的循环寿命、低的自 放电率以及高的工作电压，引起了研发人员的广泛兴趣。
[0003] 隔离膜是锂离子二次电池的重要组成部分，其位于正极片和负极片之间并将二者 隔离，因此隔离膜对锂离子二次电池的安全性能有重大的影响。目前使用的隔离膜为具有 微孔结构的多孔膜，所述多孔结构有利于锂离子穿过隔离膜并在电极之间来回穿梭，同时 还可防止电子短路（即正负极直接接触造成的电子短路）。当隔离膜处于高温环境或承受 较大的外力作用时，隔离膜的结构遭到破坏，锂离子二次电池会面临电子短路导致产生热 失控的风险。因此，需要隔离膜具有电化学稳定性和较高的机械强度。
[0004] 2002年8月13日授权公告的美国专利US6432586B1公开了一种隔离膜，该隔离膜 是在常用的聚烯烃膜上涂覆一层陶瓷复合材料层，该陶瓷复合材料层包含无机颗粒与基质 材料，能够阻挡枝晶的生长并防止电子短路，但这种陶瓷复合材料层本身的孔隙率很低。
【发明内容】
[0005] 鉴于【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池及其隔 离膜及制备方法，所述锂离子二次电池的隔离膜具有较高的离子电导率和电化学稳定性， 所述锂离子二次电池具有较好的倍率性能和安全性能，同时具有较低的自放电。
[0006] 为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种锂离子二次电池的 隔离膜，其包括：多孔基材；以及涂层，涂覆在多孔基材上的至少一个表面上。所述涂层由 水溶性聚合物以及水溶性溶质组成；所述水溶性聚合物选自含有结构1和/或结构2的聚 合物中的至少一种；
[0008] 其中，RpR2独立地选自H、具有1-4个碳原子的烷基中的一种，M选自Li、Na、K中 的一种；所述水溶性溶质为碳酸酯类化合物；所述水溶性溶质与锂离子二次电池的电解液 中的至少一种组分互溶，所述水溶性溶质与锂离子二次电池的电解液中的至少一种组分互 溶后在所述涂层的所述水溶性溶质的位置形成孔洞。
[0009] 在本发明的第二方面，本发明提供了一种锂离子二次电池的隔离膜的制备方法， 用于制备本发明第一方面的锂离子二次电池的隔离膜，包括步骤：（1)将水溶性聚合物粉 末加入到去离子水中，搅拌均匀，得到水溶性聚合物溶液；（2)将水溶性溶质加入所得的水 溶性聚合物溶液中，室温下搅拌均匀并进行超声处理，得到混合溶液，其中，所述水溶性溶 质为碳酸酯类化合物；（3)将所得的混合溶液均匀涂覆到多孔基材的至少一个表面上，经 加热烘干后，得到锂离子二次电池的隔离膜。
[0010] 在本发明的第三方面，本发明提供了一种锂离子二次电池，其包括：正极片；负极 片；隔离膜，间隔于正极片和负极片之间；以及电解液。所述隔离膜为根据本发明第一方面 的锂离子二次电池的隔离膜。
[0011] 本发明的有益效果如下：
[0012] 1.本发明的锂离子二次电池的隔离膜通过在多孔基材表面均匀涂覆一层水溶性 聚合物与水溶性溶质，并使水溶性溶质填充在水溶性聚合物形成的孔隙中，当将其与正负 极片组装成电芯并经电解液浸润后，由于水溶性溶质与锂离子二次电池的电解液中的至少 一种组分互溶，结果在所述涂层的所述水溶性溶质的位置形成孔洞，从而可在多孔基材表 面的涂层上形成均一分布的孔，进而提供良好的锂离子传输通道，保证隔离膜的离子电导 率。
[0013] 2.由于水溶性聚合物具有较强的机械强度和较好的电化学稳定性，因此本发明的 锂离子二次电池的隔离膜具有较好的电化学稳定性和机械性能，从而可避免锂离子二次电 池发生短路，进而可提高锂离子二次电池的倍率性能和安全性能，同时还可降低锂离子二 次电池的自放电。
【具体实施方式】
[0014] 下面详细说明根据本发明的锂离子二次电池及其隔离膜及制备方法以及实施例、 对比例及测试结果。
[0015] 首先说明根据本发明第一方面的锂离子二次电池的隔离膜。
[0016] 根据本发明第一方面的锂离子二次电池的隔离膜，包括：多孔基材；以及涂层，涂 覆在多孔基材上的至少一个表面上。所述涂层由水溶性聚合物以及水溶性溶质组成；所述 水溶性聚合物选自含有结构1和/或结构2的聚合物中的至少一种；
[0018] 其中，RpR2独立地选自H、具有1-4个碳原子的烷基中的一种，M选自Li、Na、K中 的一种；所述水溶性溶质为碳酸酯类化合物；所述水溶性溶质与锂离子二次电池的电解液 中的至少一种组分互溶，所述水溶性溶质与锂离子二次电池的电解液中的至少一种组分互 溶后在所述涂层的所述水溶性溶质的位置形成孔洞。
[0019] 在根据本发明第一方面所述的锂离子二次电池的隔离膜中，含有羧基的水溶性聚 合物与碳酸酯类的水溶性溶质的C = O之间存在较强的氢键作用。在制备隔离膜时，将水溶 性聚合物和水溶性溶质的混合溶液涂覆到多孔基材的表面并进行烘干后，水分会挥发掉， 水溶性聚合物和水溶性溶质形成均相共熔体系，且水溶性溶质填充在水溶性聚合物形成的 孔隙中。当将隔离膜与正负极片组装成电芯，并经锂离子二次电池的电解液浸润后，由于水 溶性溶质与锂离子二次电池的电解液中的至少一种组分互溶，结果在所述涂层的所述水溶 性溶质的位置形成孔洞，从而可在多孔基材表面的涂层上形成均一分布的孔，进而提供良 好的锂离子传输通道，保证隔离膜的离子电导率。
[0020] 在根据本发明第一方面所述的锂离子二次电池的隔离膜中，含有-COOM的水溶性 聚合物在去离子水中可电离出M离子，M离子与水溶性溶质的C = 0之间有强烈的亲和作 用。在制备隔离膜时，将水溶性聚合物和水溶性溶质的混合溶液涂覆到多孔基材的表面并 进行烘干后，水分会挥发掉，水溶性聚合物和水溶性溶质形成均相共熔，且水溶性溶质填充 在水溶性聚合物形成的孔隙中。当将隔离膜与正负极片组装成电芯，并经锂离子二次电池 的电解液浸润后，由于水溶性溶质与锂离子二次电池的电解液中的至少一种组分互溶，结 果在所述涂层的所述水溶性溶质的位置形成孔洞，从而可在多孔基材表面的涂层上形成均 一分布的孔，进而提供良好的锂离子传输通道，保证隔离膜的离子电导率。
[0021] 在根据本发明第一方面所述的锂离子二次电池的隔离膜中，同时含有羧基 和-COOM的水溶性聚合物也可保证隔离膜具有较好的离子电导率。
[0022] 在根据本发明第一方面所述的锂离子二次电池的隔离膜中，所述水溶性聚合物可 选自仅含有结构1的聚合物、仅含有结构2的聚合物、仅含有结构1和结构2的聚合物、含 有结构1以及结构3和/或结构4的聚合物、含有结构2以及结构3和/或结构4的聚合 物、含有结构1和结构2以及结构3和/或结构4的聚合物中的至少一种；
[0024] 其中，R3选自具有1-4个碳原子的烷基，R4选自H、苯基、具有1-4个碳原子的烷基 中的一种，R 5选自H、具有1-4个碳原子的烷基中的一种。
[0025] 在根据本发明第一方面所述的锂离子二次电池的隔离膜中，具体地，所述水溶性 聚合物可选自由单体1形成的聚合物、由单体2形成的聚合物、由单体1形成的聚合物经含 有M的碱中和后的聚合物、由单体1和单体2形成的聚合物、由单体1和单体2形成的聚合 物经含有M的碱中和后的聚合物、由单体1和/或单体2与单体3和/或单体4形成的聚合 物、由单体1与单体3和/或单体4形成的聚合物经含有M的碱中和后的聚合物、由单体1 和单体2与单体3和/或单体4形成的聚合物经含有M的碱中和后的聚合物的至少一种；
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