本發明涉及二次電池,尤其涉及一種復合隔膜及其制備方法和鋰離子電池。
背景技術:
1、鋰離子電池因其高能量密度、長循環壽命及環保性,已廣泛應用于各類電子設備和電動汽車。在國家推動新能源發展的背景下,隨著生活質量的提高,市場對電池的續航和安全性要求日益嚴格。但隨著整個行業對能量密度、單個電池容量的追求,整個行業電芯由低容加低能量密度過渡到高容加高能量密度,化學體系由低克容量石墨轉到高克容量硅加石墨體系,從而實現高能量密度。然而,電池安全問題,尤其是熱失控,成為了高能量密度體系電池的主要挑戰。
2、通常鋰離子電池的熱失控是由各種濫用條件引起。其中,正負極之間的氣體串擾是導致電池內部劇烈發熱的關鍵因素,當溫度升高超過正負極材料相變點時,活性氧及還原性氣體相互擴散產生大量熱而引發電池熱失控。
3、隔膜作為鋰離子電池四大主材之一,起到隔絕正負極接觸、傳導鋰離子的作用,但傳統隔膜有在高溫下容易發生破膜的缺陷,不能阻止正負極之間的氣體串擾,抑制鋰離子電池熱失控的發生。
4、鑒于目前隔膜存在的上述缺陷,確有必要提供一種解決上述問題的技術方案。
技術實現思路
1、本發明的目的在于:提供一種復合隔膜,可以抑制電池熱失控的發生,顯著提升電池的安全性。
2、為了達到這一目的,本發明提供以下的方案:
3、一種復合隔膜,包括:
4、基膜;
5、聚合物涂層,設置在所述基膜的至少一表面,所述聚合物涂層包括第一單體和第二單體原位聚合形成的具有網絡結構的交聯聚合物;
6、其中,所述第一單體為至少包括碳碳雙鍵和酯基官能團的單體;所述第二單體為至少包括碳碳雙鍵和羰基官能團的單體。
7、優選的,所述第一單體選自以下單體中的至少一種:甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸正丙酯、丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸仲丁酯、甲基丙烯酸仲丁酯、丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸戊酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸正辛酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、丙烯酸異壬酯、甲基丙烯酸異壬酯。
8、優選的,所述第二單體的分子量為100~300;所述第二單體為丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐、鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐、琥珀酸酐中的至少一種。
9、優選的,所述第一單體和所述第二單體的質量比為(7~12):(0.5~1.5)。
10、優選的,所述深共熔溶劑包括氰基化合物和鋰鹽,所述氰基化合物選自丁二腈、己二腈、乙腈、丙腈、丁腈、丙烯腈、甲基丙烯腈、苯乙腈中的至少一種;所述鋰鹽選自高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙(三氟甲基磺酸)亞胺鋰和三(三氟甲基磺酸)甲基鋰中的至少一種;所述氰基化合物和所述鋰鹽的質量比為(15~25):(12~17)。
11、優選的,所述基膜選自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚萘二甲酸乙二酯中的一種或多種形成的復合膜;所述基膜的孔隙率為20~50%,所述基膜的透氣度為30~400sec/100cc。
12、優選的,所述基膜和所述聚合物涂層的厚度比為(3~20):(1~5);所述基膜的厚度為3~20μm;所述聚合物涂層的厚度為1~5μm。
13、優選的,所述引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈和偶氮二異丁酸二甲酯中的至少一種。
14、本發明還提供一種復合隔膜的制備方法,包括以下步驟:
15、步驟一:將氰基化合物和鋰鹽混合配置深共熔溶劑;
16、步驟二:在所述深共熔溶劑中加入第一單體和第二單體,攪拌20~40min,攪拌均勻,得到混合溶液;加入0.4~0.6wt%的引發劑,攪拌10~20min,混合均勻,得到聚合物涂層漿料;
17、步驟二:將所述聚合物涂層漿料涂覆在基膜的至少一表面,在55~65℃下烘干,得到復合隔膜。
18、優選的,在所述步驟一中,所述聚合物涂層漿料的固含量為50%~70%。
19、本發明還提供一種二次電池,包括正極片、負極片、電解液、電池殼體和上述的復合隔膜。
20、相比于現有技術,本發明的有益效果在于:當本發明的復合隔膜應用在鋰離子電池中,電池過熱或短路等異常情況時,聚合物涂層中發生原位交聯聚合反應,形成致密的交聯聚合物網絡;該交聯聚合物網絡耐高溫,擁有高破膜溫度,克服了傳統聚烯烴基底隔膜在高溫下容易發生破膜的缺陷;還能夠對過熱電芯產生的活性氣體具有一定的吸附作用,阻隔正負極之間的氣體串擾,有效抑制電池熱失控的發生;交聯聚合物網絡中豐富的極性基團還可以有效螯合鋰離子,減緩鋰離子的擴散,從而停止電池的電化學反應,顯著提升了電池的安全性。
1.一種復合隔膜,其特征在于,包括:
2.根據權利要求1所述的復合隔膜,其特征在于:所述第一單體選自以下單體中的至少一種:甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸正丙酯、丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸仲丁酯、甲基丙烯酸仲丁酯、丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸戊酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸正辛酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、丙烯酸異壬酯、甲基丙烯酸異壬酯。
3.根據權利要求1所述的復合隔膜,其特征在于,所述第二單體的分子量為100~300;所述第二單體為丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐、鄰苯二甲酸酐、馬來酸酐、琥珀酸酐中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的復合隔膜,其特征在于,所述第一單體和所述第二單體的質量比為(7~12):(0.5~1.5)。
5.根據權利要求1所述的復合隔膜,其特征在于,還包括深共熔溶劑,所述深共熔溶劑包括氰基化合物和鋰鹽,所述氰基化合物選自丁二腈、己二腈、乙腈、丙腈、丁腈、丙烯腈、甲基丙烯腈、苯乙腈中的至少一種;所述鋰鹽選自高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、六氟磷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙(三氟甲基磺酸)亞胺鋰和三(三氟甲基磺酸)甲基鋰中的至少一種;所述氰基化合物和所述鋰鹽的質量比為(15~25):(12~17)。
6.根據權利要求1或5所述的復合隔膜,其特征在于,還包括引發劑,所述引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈和偶氮二異丁酸二甲酯中的至少一種。
7.根據權利要求1所述的復合隔膜,其特征在于,所述基膜選自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚萘二甲酸乙二酯中的一種或多種形成的復合膜;所述基膜的孔隙率為20~50%,所述基膜的透氣度為30~400sec/100cc。
8.根據權利要求1所述的復合隔膜,其特征在于,所述基膜和所述聚合物涂層的厚度比為(3~20):(1~5);所述基膜的厚度為3~20μm;所述聚合物涂層的厚度為1~5μm。
9.一種復合隔膜的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
10.一種二次電池,包括正極片、負極片和間隔于正極片和負極片之間的隔膜,其特征在于,所述隔膜為權利要求1-8中任一項所述的隔膜或權利要求9所述的隔膜的制備方法制得的隔膜。