一種鋰離子電池用復合隔膜及其制備方法、應用技術

本發明專利技術提供了一種鋰離子電池用復合隔膜及其制備方法、應用，涉及鋰電池隔膜技術領域。具體而言，所述復合隔膜包括基膜層，以及設置在所述基膜層至少一側的納米銀線

【技術實現步驟摘要】
一種鋰離子電池用復合隔膜及其制備方法、應用


[0001]本專利技術涉及鋰電池隔膜
，具體而言，涉及一種鋰離子電池用復合隔膜及其制備方法、應用。

技術介紹

[0002]隨著鋰離子電池在動力領域的應用，對電池的能量和功率密度的要求越來越高，但同時高比能量對電池的安全性的考驗也越來越嚴苛。不管是鋰離子電池還是鋰金屬電池，安全問題通常都與負極形成鋰枝晶有關。以鋰金屬電池為例，在充放電過程中，鋰枝晶在鋰金屬電極的表面逐漸生長，鋰枝晶會刺穿隔膜造成內短路，從而引起熱失控。在過去幾十年間，人們從材料研究的角度做出了許多努力，力圖發現一種方式來消除鋰枝晶的形成，但到目前為止效果并不理想。
[0003]除了抑制鋰枝晶生長的方式，人們還設想了一種雙功能隔膜來監測鋰枝晶生長情況的方式來提高電池安全性；如US20140329120A1公開了一種電池，其中包含一種雙功能隔膜，利用磁控濺射在商品化隔膜表面沉積一層約50nm厚的銅金屬層，然后用另一片隔膜堆疊覆蓋在銅金屬層一側；但是，濺射的方式成本高，不易量產，且濺射的銅金屬層容易引起隔膜堵孔；濺射的銅金屬層不易控制邊界，容易引起隔膜短路；兩層隔膜堆疊的方式造成隔膜過厚，且在電池制作的過程中不易控制。
[0004]此外，CN114361719A公開了一種具有內置電位傳感功能的鋰離子電池隔膜來監測電池負極鋰枝晶的生長情況；該專利技術使用預先合成的銅納米線，利用涂布的方式與電池隔膜進行復合，然后采用涂布陶瓷層來實現絕緣，具有實時采集正負電位信息、監控電池內部溫度和監測負極材料鋰離子嵌入嵌出情況等效果。同時，涂布的方式成本低易于規模化，但是由于銅納米線不耐氧化，因此需要進一步改進。
[0005]有鑒于此，特提出本專利技術。

技術實現思路

[0006]本專利技術的第一目的在于提供一種具有電位檢測功能的鋰離子電池用復合隔膜，所述的鋰離子電池用復合隔膜及其執行電位檢測功能的復合涂層具有較強的抗氧化性和穩定性；其中包含獨立的銀納米線涂層或銀納米線
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絕緣一體層，涂層中由高長徑比的銀納米線交織而成，具有豐富的孔隙結構，不會對電池隔膜造成堵孔等不良影響。
[0007]為了實現本專利技術的上述目的，特采用以下技術方案：
[0008]一種鋰離子電池用復合隔膜，所述復合隔膜包括基膜層，以及設置在所述基膜層至少一側的納米銀線
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絕緣復合層；其中，所述納米銀線
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絕緣復合層包括各自獨立設置的納米銀線層和絕緣層，或者，所述納米銀線
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絕緣復合層為包括納米銀線和絕緣材料混合的一體層結構。
[0009]優選地，所述復合隔膜包括依次連接的基膜層、銀納米線層和絕緣層；或者，所述復合隔膜包括依次連接的基膜層、第一絕緣層、銀納米線層和第二絕緣層；或者，所述復合
隔膜包括依次連接的基膜層、銀納米線
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絕緣一體層和絕緣層。
[0010]依據本領域公知：鋰電池在低溫、高倍率或過充等情況下，會在負極生成鋰枝晶，并引發一系列安全問題；但目前尚未出現簡單可行的方法得知電池內部是否已經產生枝晶，除非枝晶已經刺穿隔膜到達正極并導致電池內短路，然而此時危險已經發生，因此為時已晚。本專利技術在隔膜中設置了一層具有導電功能的納米銀線，同時設置了絕緣層對納米銀線層進行保護，保證其不會增加電池內短路的風險，且此時納米銀線層與負極之間處于斷路狀態，電勢差較高；當枝晶開始生長到達納米銀線層時，負極—枝晶—納米銀線可以形成導電回路，納米銀線層與負極之間的電勢差發生急劇降低，通過電勢差的變化，使用者可以預知到鋰枝晶的生長情況。同時由于枝晶尚未生長到達電池正極，因此電池本身并不會發生內短路，因此還處于安全狀態。因此，本專利技術的鋰離子電池用復合隔膜可以在枝晶完全刺穿隔膜前對枝晶的生長情況做出預警，提示使用者及時作出反應，避免電池危險的發生。
[0011]優選地，所述基膜層包括單層膜、雙層復合膜和三層復合膜中的至少一種；
[0012]更優選地，所述基膜層包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚酯膜、聚酰亞胺膜、纖維素隔膜、聚苯并噁唑膜和芳綸膜中的至少一種。
[0013]優選地，在所述納米銀線
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絕緣復合層中，銀納米線的直徑為20nm～50nm，長度為5μm～20μm；
[0014]優選地，所述銀納米線層或所述銀納米線
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絕緣一體層的方阻為0.1Ω/sq～100Ω/sq；
[0015]優選地，所述銀納米線層或所述銀納米線
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絕緣一體層的厚度為10nm～500nm。
[0016]優選地，所述絕緣層的厚度為1μm～4μm。
[0017]優選地，所述絕緣層和/或所述絕緣材料包括陶瓷、勃姆石、聚偏二氟乙烯、聚酰亞胺、聚苯并噁唑、纖維素和芳綸中的至少一種。
[0018]本專利技術的第二目的在于提供所述的鋰離子電池用復合隔膜的制備方法，該方法主要采用涂布的方式，成本低廉且易于規模化生產。
[0019]所述的鋰離子電池用復合隔膜的制備方法主要包括如下步驟：
[0020](a)將銀納米線、溶劑和粘接劑混合均勻，制備得到導電涂料：將絕緣材料、溶劑和粘接劑混合均勻，制備得到絕緣涂料：
[0021](b)將所述導電涂料和所述絕緣涂料依次涂覆到基膜上；
[0022]或者，將所述導電涂料和所述絕緣涂料混合，制備得到混合涂料；將所述混合涂料涂覆到基膜上。
[0023]優選地，在步驟(b)中，在涂覆所述混合涂料前，先在所述基膜上涂覆所述絕緣涂料，和/或，在涂覆所述混合涂料后，再涂覆一層所述絕緣涂料；
[0024]優選地，在涂覆所述導電涂料或所述混合涂料后，還包括引出導電引線的步驟；可選地將所述導電引線引至鋰離子電池外，或與電位測量裝置、顯示裝置等外源組件相連接并構成回路，起到清晰可視化的電位檢測或預警功能。
[0025]優選地，在所述導電涂料中，所述溶劑包括水；
[0026]優選地，所述導電涂料中，所述銀納米線的用量為0.01wt％～2wt％；
[0027]優選地，在所述絕緣涂料中，所述溶劑包括水、二甲基亞砜、氮甲基吡咯烷酮、濃硫酸、甲基磺酸和三氟乙酸中的至少一種；
[0028]優選地，所述絕緣涂料中，所述絕緣材料的用量為1wt％～40wt％；
[0029]優選地，所述導電涂料和/或所述絕緣涂料中還包括：粘結劑、流平劑、抗氧化劑等。
[0030]本專利技術的第三目的在于提供一種鋰離子電池，包括有如上所述的鋰離子電池用復合隔膜。
[0031]與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：本專利技術提供了一種成本低且易于規模化生產的鋰離子電池用隔膜，其采用銀納米線具有較強的抗氧化性，產品穩定性更佳；其中包括銀納米線的結構層由高長徑比的銀納米線交織而成，具有豐富的孔隙結構，不會對復合隔膜造成堵孔等不良影響。
附圖說明
[0032]為了更清楚地說明本專利技術具體實施方式或現有技術中的技術方案，下本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池用復合隔膜，其特征在于，所述復合隔膜包括基膜層，以及設置在所述基膜層至少一側的納米銀線
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絕緣復合層；其中，所述納米銀線
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絕緣復合層包括各自獨立設置的納米銀線層和絕緣層，或者，所述納米銀線
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絕緣復合層為包括納米銀線和絕緣材料混合的一體層結構。2.根據權利要求1所述的鋰離子電池用復合隔膜，其特征在于，所述復合隔膜包括依次連接的基膜層、銀納米線層和絕緣層；或者，所述復合隔膜包括依次連接的基膜層、第一絕緣層、銀納米線層和第二絕緣層；或者，所述復合隔膜包括依次連接的基膜層、銀納米線
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絕緣一體層和絕緣層。3.根據權利要求1所述的鋰離子電池用復合隔膜，其特征在于，所述基膜層包括單層膜、雙層復合膜和三層復合膜中的至少一種；優選地，所述基膜層包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚酯膜、聚酰亞胺膜、聚苯并噁唑膜、纖維素隔膜和芳綸膜中的至少一種。4.根據權利要求2所述的鋰離子電池用復合隔膜，其特征在于，在所述納米銀線
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絕緣復合層中，銀納米線的直徑為20nm～50nm，長度為5μm～20μm；優選地，所述銀納米線層或所述銀納米線
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絕緣一體層的方阻為0.1Ω/sq～100Ω/sq；優選地，所述銀納米線層或所述銀納米線
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絕緣一體層的厚度為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郝曉明，
申請(專利權)人：電子科技大學長三角研究院湖州，
類型：發明
國別省市：