高安全性锂离子电池用无机陶瓷隔膜的制备及其性能研究摘要

同传统电池相比,锂离子电池因具有质量轻、体积小、能量密度高、循环时间长、自放电小、环境友好等优点被广泛应用于手机、电动车、电动汽车、储能等众多领域。

锂离子电池隔膜是锂离子电池的四大组件之一,其作用一是隔离正负极,防止电池短路,二是允许电解质液中锂离子通过,锂离子能够在正负极间自由往返。

隔膜的性能决定了电池的界面结构和内阻,锂离子电池的安全性、循环性能、荷电保持能力以及充放电电流密度均与隔膜的性能密切相关。目前市场上的主流隔膜为聚烯烃多微孔膜。但在过热的条件下,聚烯烃多微孔膜容易收缩形变引起电池短路,另外聚烯烃多微孔膜对电解液的浸润和保存性能较差,从而大大限制了电池的大倍率性能。

目前主要通过在聚烯烃多微孔膜表面涂覆无机涂层来解决这一问题,无机涂层用无机陶瓷粒子主要为氧化铝。以勃姆石和氢氧化镁替代目前涂覆隔膜中所应用的氧化铝颗粒,利用勃姆石和氢氧化镁的阻燃特性提高涂覆隔膜的氧指数;利用氢氧化镁的碱性减少氢氟酸对电池的损害;利用勃姆石和氢氧化镁优良的导热性,改善隔膜导热的问题;利用勃姆石和氢氧化镁具有比重小、硬度低的特点,提高电池容量,减少设备损耗,降低工艺成本。

本论文以勃姆石和氢氧化镁为锂离子电池涂覆隔膜用无机陶瓷粒子,讨论了分散工艺及各补加剂对水性涂布液性能及涂覆隔膜性能的影响,通过优选涂布工艺、对比涂布液参数、涂布设备参数对涂覆隔膜涂层厚度的影响,制备出性能优异、均一性高、厚度可控的锂离子电池用涂覆隔膜。将涂覆隔膜应用于锂离子电池,所组装电池通过了针刺、重物冲击、挤压、热冲击、过冲等安全性测试。

勃姆石和氢氧化镁在锂离子电池用涂覆隔膜中完全可以替代氧化铝。采用静电纺丝制备的新型隔膜如聚酰亚胺隔膜耐热性好,但孔径均一性差,孔径大小难以控制,电池微短路现象严重。利用勃姆石与氢氧化镁等无机粒子制备涂布液进行涂覆,涂覆隔膜在保留聚酰亚胺隔膜优点的同时可以改善其孔径不匀等缺陷,降低电池自放电率,使之更加适应于锂离子电池。