一种电池隔膜及其制备方法与应用与流程

本发明涉及电池，具体涉及一种电池隔膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、锂离子电池因具有环境友好、比能量高、循环寿命长、无记忆效应等优点，已广泛应用于电动汽车、便携式电子产品、航空航天、储能等领域。然而随着锂离子电池能量密度的提高，热失控发生越容易，安全风险也随之增大。隔膜作为电池的关键组成材料之一，起着隔离正负极、为离子传输提供微孔通道的作用，直接关系到电池的安全和功率特性。

2、目前商业化的隔膜主要是以聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)为主的聚烯烃隔膜。然而聚烯烃材料本身熔点较低，导致这些材料的隔膜热性能较差，当电池出现缺陷或滥用时可能会导致热失控，甚至引发安全事故。因此需要对聚烯烃隔膜耐热性差进行改善，目前有效的改善策略就是在聚烯烃隔膜表面涂覆陶瓷层。然而陶瓷层的机械强度较差，陶瓷与基体间的结合力较弱，会使陶瓷层在高温下断裂，甚至脱落，失去其保护功能。另外陶瓷层的存在会使隔膜厚度增加，造成其离子导电性降低，阻抗增加，从而影响电池电化学性能。

3、因此，开发耐热性能优异，高机械强度、高离子电导等综合性能优异的电池隔膜对提升电池的安全性和可靠性具有重要意义。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种电池隔膜及其制备方法与应用，通过在具有陶瓷涂层隔膜表面包覆具有si-o-b动态键的功能改性层，可以有效提高陶瓷层的机械强度，防止高温下陶瓷层的破裂和脱落，改善隔膜的耐热性能和高温下机械强度，提高电池安全性；且可提升隔膜的韧性、降低锂离子的溶剂化效果和捕获阴离子，提高锂离子传输性能和提高电极/电解液界面稳定性，从而提升电池循环性能。

2、本发明提供以下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种电池隔膜，包括：

4、陶瓷涂层隔膜，所述陶瓷涂层隔膜包括基膜及设置在所述基膜沿着厚度方向的至少一面上的陶瓷层；

5、功能改性层，所述功能改性层设置在所述陶瓷涂层隔膜表面；

6、所述功能改性层为含si-o-b键的树脂层。

7、进一步地，所述基膜的厚度为1μm-20μm；所述基膜的材质优选为聚烯烃、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、纤维素、聚氨酯、聚对亚苯基苯并二唑、聚醚酰亚胺和聚苯硫醚中的一种或多种。

8、进一步地，所述陶瓷层的厚度为0.1μm-10μm；所述陶瓷层中的材料包括氧化铝、勃姆石、氧化锆、氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锌、氧化钙、硫酸钡、氢氧化铝、氢氧化镁、氮化硅、氮化硼、氮化铝、碳化硅、latp、lagp、llzo和lisicon中的一种或多种。

9、进一步地，所述功能改性层的厚度为0.01μm-1μm。

10、进一步地，所述功能改性层包括树脂与硅氧硼酸盐，所述树脂与所述硅氧硼酸盐通过共价键连接；更优选地，所述树脂为酚醛树脂和/或脲醛树脂，所述树脂的分子量为500-100000，所述硅氧硼酸盐由正硅酸四乙酯与硼酸三甲酯缩合得到。

11、本发明第二方面提供了一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)将硅酸四乙酯、硼酸三甲酯溶于树脂溶液中，得到混合液，再加入催化剂混合均匀，得到功能改性液；

13、(2)将步骤(1)制备的功能改性液涂布于陶瓷涂层隔膜的表面，经烘烤固化形成功能改性层，得到所述电池隔膜。

14、进一步地，步骤(1)中，所述树脂溶液由酚醛树脂和/或脲醛树脂溶于有机溶剂中制备得到；优选地，所述有机溶剂为乙酸乙酯，所述树脂溶液的质量浓度优选为1％-35％。

15、进一步地，步骤(1)中，所述混合液中硅酸四乙酯的浓度优选为5％-30％，所述混合液中硼酸三甲酯的浓度优选为5％-40％。

16、进一步地，步骤(1)中，所述催化剂选自盐酸、草酸、磷酸中的一种或多种，所述催化剂加入的量为所述混合液质量的0.01％-10％。

17、进一步地，步骤(2)中，所述涂布的方式为微凹版涂布、挤压涂布、线棒涂布、浸涂或喷涂。

18、进一步地，步骤(2)中，所述烘烤固化的温度为18-150℃，烘烤固化的时间为4h-72h。

19、进一步地，所述制备方法还包括对烘烤固化后制备的电池隔膜进行清洗、烘干的步骤。

20、更优选地，所述清洗的溶剂为乙醇，清洗的时间为5min-60min；所述烘干为静置晾干或真空烘干。

21、本发明第三方面提供了一种电池，包含第一方面所述的电池隔膜或第二方面所述制备方法制备得到的电池隔膜。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果：

23、1、本发明通过在陶瓷涂层隔膜表面引入具有si-o-b动态键及三维网络结构的功能改性层，可显著提高隔膜的抗穿刺能力；且在功能改性层的作用下，陶瓷层颗粒间结合成完整的陶瓷层，并将其与基膜牢固地相连，提高了陶瓷层的机械强度，可有效防止高温下陶瓷层的破裂和脱落，改善了隔膜的耐热性能和高温下机械强度，从而提高电池安全性。另外，包覆在陶瓷涂层隔膜外表面的功能改性层还包含si-o-b动态键，受力时，需消耗大量的能量才能断裂，可有效提升隔膜的韧性；且该功能改性层具有极好的电解质吸液性和丰富的lewis酸位点，可有效降低锂离子的溶剂化效果和捕获阴离子，提高锂离子传输性能以及电极/电解液的界面稳定性，从而提升电池循环性能。

24、2、本发明提供的电池隔膜具有高剥离强度、高针刺强度、高拉伸强度以及高离子电导率，从而有效提高电池隔膜的使用安全性，且使包含该电池隔膜的锂电池在保证安全性的前提下具有良好的循环性能，在1c/1c下循环500圈放电容量保持率不低于70％。

技术特征：

1.一种电池隔膜，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述功能改性层的厚度为0.01μm-1μm。

3.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述功能改性层包括树脂与硅氧硼酸盐，所述树脂与所述硅氧硼酸盐通过共价键连接。

4.根据权利要求3所述的电池隔膜，其特征在于，所述树脂为酚醛树脂和/或脲醛树脂；

5.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述基膜的厚度为1μm-20μm；所述基膜的材质选自聚烯烃、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、纤维素、聚氨酯、聚对亚苯基苯并二唑、聚醚酰亚胺和聚苯硫醚中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述陶瓷层的厚度为0.1μm-10μm；所述陶瓷层中的材料包括氧化铝、勃姆石、氧化锆、氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锌、氧化钙、硫酸钡、氢氧化铝、氢氧化镁、氮化硅、氮化硼、氮化铝、碳化硅、latp、lagp、llzo和lisicon中的一种或多种。

7.一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述树脂溶液由酚醛树脂和/或脲醛树脂溶于有机溶剂中制备得到；优选地，所述有机溶剂为乙酸乙酯；

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述烘烤固化的温度为18-150℃，烘烤固化的时间为4h-72h。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的电池隔膜或权利要求7-9任一项所述制备方法制备得到的电池隔膜。

技术总结
本发明公开了一种电池隔膜及其制备方法与应用，该电池隔膜包括陶瓷涂层隔膜以及设置在所述陶瓷涂层隔膜表面的功能改性层，所述功能改性层为含Si‑O‑B键的树脂层。本发明通过在涂覆有陶瓷层的隔膜表面包覆功能改性层，将陶瓷层颗粒间结合成完整的陶瓷层，并将其与基膜牢固地相连，提高陶瓷层的机械强度，防止高温下陶瓷层的破裂和脱落，改善隔膜的耐热性能和高温下机械强度，提高电池安全性；同时包含Si‑O‑B动态键的功能改性层可提升隔膜的韧性，且极好的电解质吸液性和丰富的Lewis酸位点可降低锂离子的溶剂化效果和捕获阴离子，有利于提高锂离子传输以及电极/电解液界面稳定性，提升电池循环性能。

技术研发人员：于清江,江柯成
受保护的技术使用者：江苏正力新能电池技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29