一種有活性納米氮化硼涂層的隔膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池的隔膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著霧霾天氣日益加重和能源危機逐步逼近，新能源汽車開始進入公眾視線，并 得到快速推廣，未來對鋰離子電池材料的需求就變得日益迫切。而隔膜作為動力鋰離子電 池內(nèi)的關(guān)鍵組件之一，發(fā)揮了隔離正負(fù)極，同時允許鋰離子在正負(fù)極之間往復(fù)通過的關(guān)鍵 作用，其透氣性、耐穿刺性及熱收縮性的優(yōu)劣直接影響著鋰離子電池的容量與循環(huán)性能。
[0003]目前，傳統(tǒng)的鋰離子電池隔膜廣泛采用聚乙烯微孔膜（PP)、聚丙烯微孔膜（PE)和 由聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯組成的3層微孔復(fù)合膜。其具有機械強度優(yōu)良、防火、耐化學(xué)試 齊U、耐酸堿腐蝕性好、生物相容性好、無毒等優(yōu)點。但是該隔膜在高溫下的熱收縮會引起正 負(fù)極片接觸，帶來局部迅速放熱，因而存在有巨大的安全隱患；同時聚烯烴類隔膜對極性電 解液的浸潤性較差、耐穿刺性能較差。而添加納米氧化鋁制備得到的聚烯烴復(fù)合物隔膜，雖 然能改善聚合物電解質(zhì)膜的導(dǎo)電率，改善其耐熱性和吸液/保液能力，但是納米氧化鋁晶 體屬密堆積結(jié)構(gòu)，將氧化鋁粉末涂覆在隔膜上，一方面，氧化鋁顆?？赡茏枞裟さ目障?， 不利于鋰離子的嵌入與脫出，導(dǎo)致充放電效率降低和容量損失。另一方面，氧化鋁涂層明顯 增大了電池隔膜厚度，不僅增加電池的內(nèi)阻，而且阻礙了電解液的流動，導(dǎo)電率下降，循環(huán) 后電池內(nèi)阻增大速率加快，發(fā)熱多，溫度升高導(dǎo)致電解液迅速分解產(chǎn)生氣體，隔膜融化，造 成電池氣脹短路爆炸。
[0004] 因此，目前迫切需要開發(fā)一種含優(yōu)良涂層的隔膜，其可以解決以上電池的安全問 題，同時能保證鋰離子電池的電化學(xué)性能的提升和使用壽命的延長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對本領(lǐng)域所存在的問題，提出一種有活性納米氮化硼涂層的隔膜。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提出所述隔膜的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的第三個目的是提出含有所述隔膜的鋰離子電池。
[0008] 實現(xiàn)本發(fā)明上述目的的技術(shù)方案為：
[0009] -種有活性納米氮化硼涂層的隔膜，所述隔膜包括基層的聚烯烴膜和涂覆于基層 一面或兩面上的活性納米氮化硼涂層；在基層一面上涂層的厚度為基層厚度的1-3%，在 基層兩面上涂層的厚度一共為基層厚度的2-5%。
[0010] 其中，所述聚烯烴膜為聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、聚乙烯膜和聚丙烯膜組成的 微孔復(fù)合膜中的一種，所述聚烯烴膜的厚度為25i!m-40i!m，孔隙率為45-55 %。
[0011] 制備本發(fā)明所述的有活性納米氮化硼涂層隔膜的方法，包括步驟：
[0012] 1)配制漿料：漿料由質(zhì)量份的以下成分組成：氮化硼粉體：粘接劑PVDF:有機溶 劑NMP:表面改性劑二甲基硅油=20-75 :1-5 :15-80:0. 1-5 ;
[0013] 在制漿機中先加入有機溶劑，后將粘接劑加入到有機溶劑中，以l〇-l〇〇〇〇r/min 的轉(zhuǎn)速高速攪拌0. 5-3h進行溶解；再加入氮化硼粉體和表面改性劑，再以lO-lOOOOr/min的轉(zhuǎn)速高速攪拌l-l〇h，制成涂覆漿料；
[0014] 2)用涂布機將步驟1)制得的涂覆漿料涂布在聚烯烴膜上，漿料涂層的厚度為 0. 5-5ym，然后將涂布好的聚烯烴膜放在烘箱里60-100°C保溫l_6h。
[0015] 其中，所述氮化硼粉體為六方晶型的氮化硼粉體；粒徑為200-300nm。進一步地， 所述氮化硼粉體是通過水熱法合成的。
[0016] 所述納米氮化硼粉體為片層結(jié)構(gòu)，涂覆在隔膜上，薄層有利于減小隔膜的厚度，一 定程度上減小鋰離子電池的內(nèi)阻，保證電池高倍率放電性能和循環(huán)性能的優(yōu)化。由于氮化 硼片層間、以及與隔膜之間有較大的空隙，這就有利于電解液的流動和鋰離子的嵌入和脫 出，既而有利于提高鋰離子電池的充放電效率和容量。
[0017] 其中，所述粘接劑為固含量40% -60%的PVDF乳液。
[0018] 其中，所述有機溶劑為NMP(N-甲基吡咯烷酮）、DMF(二甲基甲酰胺）、DMC(二甲 基乙酰胺）中的一種或多種。
[0019] 其中，所述表面改性劑為司盤80、二甲基硅油、聚氧乙烯蓖麻油、單硬脂酸甘油酯 中的一種或多種。
[0020] 進一步地，所述漿料由質(zhì)量份的以下成分組成：氮化硼粉體：粘結(jié)劑：有機溶劑： 表面改性劑=20-75 :1-5 :15-80 :0? 1-5。
[0021] 含有本發(fā)明所述隔膜的鋰離子電池。所述電池的正極材料可以為鈷酸鋰、錳酸鋰、 磷酸鐵鋰、或摻雜了鐵、鎳、錳、鎂、鈦的鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰。所述電池的負(fù)極材料為 碳素材料。優(yōu)選地，正極材料為LiNi1/3C〇1/3Mn1/302M料與乙炔黑、PTFE按質(zhì)量比16:3:1混 合制得的正極材料，電解液為1^?^與DMC+EMC+EC(碳酸二甲酯+甲基乙基碳酸酯+碳酸 乙烯酯的體積比為1: 1:1)的混合物。
[0022] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的納米片狀氮化硼涂層的隔膜提供了復(fù)合聚合物 體系所不具有的耐熱性和機械性能，還顯示出比傳統(tǒng)氧化鋁涂層的隔膜更加優(yōu)良的吸液/ 保液能力和離子電導(dǎo)率。此外，氮化硼涂層的隔膜具有隔膜厚度小、電池內(nèi)阻低、孔隙率高 等優(yōu)點，可保證鋰離子電池在高倍率下充放電時，容量較高，表現(xiàn)出出色的倍率特性和循環(huán) 性能。
[0024] 本發(fā)明提出的隔膜材料，能有效解決傳統(tǒng)氧化鋁涂層隔膜常有的電極隔膜融化所 導(dǎo)致的電池短路問題，避免安全事故的發(fā)生，能夠具有良好的安全性能，保證鋰離子電池的 長時間正常使用。
【附圖說明】
[0025] 圖1為單面涂布氮化硼粉體的聚烯烴隔膜結(jié)構(gòu)簡圖。
[0026] 圖2為雙面涂布氮化硼粉體的聚烯烴隔膜結(jié)構(gòu)簡圖。
[0027] 圖中，1為聚烯烴隔膜，2為氮化硼涂層。
[0028] 圖3為實施例1-5首次充放電性能曲線。
[0029] 圖4為實施例1-5的充放電循環(huán)容量變化曲線。
[0030] 圖5為氮化硼粉體的SEM圖。
【具體實施方式】
[0031] 以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0032] 氮化硼粉體為水熱法合成，其SEM照片見圖5。粒徑為260nm左右。
[0033] 實施例1
[0034] 制備漿料。漿料的配比為：20kg的氮化硼粉體，Ikg的PVDF，78. 9kg的NMP，0.Ikg 的二甲基硅油。
[0035] 首先，在制漿機中先加入NMP，后將PVDF加入到NMP中，以10r/min的轉(zhuǎn)速攪拌 0. 5h進行溶解；再加入氮化硼粉體和二甲基硅油，攪拌lh，制成涂覆漿料。攪拌好的隔膜漿 料在涂布機上，在預(yù)先準(zhǔn)備的聚乙烯微孔膜（膜厚度30i!m，孔隙率為50%)上進行單層涂 布操作（其中漿料涂層單層厚度為〇.5i!m)，得到的隔膜結(jié)構(gòu)如圖1，然后將涂布好的隔膜 放在