一种具有热断功能的锂离子电池复合隔膜及制备方法与流程

本发明属于锂离子电池隔膜领域，具体涉及一种具有热断功能的锂离子电池复合隔膜及制备方法

背景技术：

随着电子设备的小型化和电动汽车的普及，具有高功率、高能量密度、低能量损失、环境友好、安全型锂离子电池的开发越来越得到重视。一般而言，锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液组成。其中，具有多孔结构的隔膜的作用是将正极和负极隔开，并为锂离子提供通道。目前，商业化的锂离子电池中大多数采用的是聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯、聚丙烯，它们具有较好的机械强度和化学稳定性，但是由于隔膜原材料自身熔点温度较低，在较高温度下产生大的热收缩，从而造成电池短路。因此，聚烯烃类隔膜在电池内部温度较高或者过度充电的情况下短路，导致着火或者爆炸，势必造成安全事故。

提高锂离子电池安全性的方法有很多，如使用电解液添加剂、室温离子液体、复合电极、新型隔膜等。相对于其他方法，隔膜改性操作简单。Celgard公司生产的PP/PE/PP三层隔膜中PP作为电池隔膜的耐热层，当温度升高时，阻止隔膜收缩，PE则起到熔断保险丝的作用，为电池提供了更好的安全保护，但是热断温度较低。

目前，普遍采用隔膜表面涂布处理，如CNIO4269508A公开了一种锂离子电池复合陶瓷隔膜，专利采用陶瓷颗粒和固体电解质粉末混合形成的涂料涂覆在基膜两侧，形成复合陶瓷层，一方面提高了隔膜的机械性能、耐高温收缩性能，进而提高了锂离子电池的高温稳定性和安全性；另一方面提高了隔膜的吸液率和润湿性。然而涂布技术主要采用陶瓷颗粒，其硬度高，对机械设备的磨损大，且涂层厚度均匀性难以控制，而且陶瓷颗粒和聚合物粘合剂与多孔基膜之间的粘结强度低，很容易从基膜上剥离，增大电池电阻，进而使电池性能劣化，因此需要开发新的复合隔膜来对隔膜进行完善。

技术实现要素：

本发明的目的是利用磁控沉积技术将Al2O3和SiO2纳米陶瓷颗粒覆盖在聚乙烯隔膜上，得到具有热关闭功能的耐高温复合隔膜。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的隔膜材料以聚乙烯为基底膜，具有闭孔温度低的特点；同时在基底膜的双面溅射SiO₂、Al₂O₃陶瓷材料来提高隔膜的吸热能力。

进一步地，所述溅射SiO₂使用的是射频源，溅射Al₂O₃使用的是直流源。

进一步地，所述沉积SiO₂使用的功率为40W，沉积Al₂O₃使用的功率为30W。

进一步地，所述磁控沉积条件为本底真空度8.9×10^-4，溅射气压0.8Pa。

上述锂离子电池复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将两种靶材(硅靶和铝靶)以及聚乙烯商业隔膜放入磁控溅射真空室内，抽真空以达到本底真空度，然后进行磁控溅射；

2)将溅射完后的复合隔膜真空干燥；

3)使用手动冲片机将复合隔膜压成隔膜，得到锂离子电池复合隔膜。

附图说明

图1为实例1中Al₃O₂/SiO₂/PE复合隔膜结构示意图；

图2为本发明对比例PE隔膜在130℃处理0.5h后的扫描电镜图；

图3为本发明实施例1中Al₃O₂/SiO₂/PE复合隔膜在130℃处理0.5h后的扫描电镜图；

具体实施方式

实施例1：

一种具有热断功能的锂离子电池复合隔膜，包括聚乙烯商业隔膜和溅射于基膜双侧的SiO₂和Al₂O₃纳米陶瓷颗粒。将对应的射频源和直流源的硅靶和铝靶安装好，采用聚乙烯商业隔膜为基材，样品制备过程中真空室气氛为高纯氩和高纯氧，氩氧比为7：1，本底真空度8.9×10^-4Pa，溅射气压0.8Pa。基片温度控制在室温，射频溅射功率均控制为40W，直流溅射功率控制为30W，样品沉积时间30min。

实施例2：

一种具有热断功能的锂离子电池复合隔膜，包括聚乙烯商业隔膜和溅射于基膜双侧的SiO₂和Al₂O₃纳米陶瓷颗粒。将对应的射频源和直流源的硅靶和铝靶安装好，采用聚乙烯商业隔膜为基材，样品制备过程中真空室气氛为高纯氩和高纯氧，氩氧比为7：1，本底真空度8.9×10^-4Pa，溅射气压0.8Pa。基片温度控制在室温，射频溅射功率均控制为40W，直流溅射功率控制为30W，样品沉积时间40min。

实施例3：

一种具有热断功能的锂离子电池复合隔膜，包括聚乙烯商业隔膜和溅射于基膜双侧的SiO₂和Al₂O₃纳米陶瓷颗粒。将对应的射频源和直流源的硅靶和铝靶安装好，采用聚乙烯商业隔膜为基材，样品制备过程中真空室气氛为高纯氩和高纯氧，氩氧比为7：1，本底真空度8.9×10^-4Pa，溅射气压0.8Pa。基片温度控制在室温，射频溅射功率均控制为40W，直流溅射功率控制为30W，样品沉积时间50min。

由于本发明的复合隔膜首创性采用双面溅射沉积法制备陶瓷复合隔膜，兼有两种陶瓷材料的优点，适用于-20～140℃的高低温环境，在保液性、安全性方面具有杰出的表现，而且制造成本适中，具有很大的市场价值。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。