阻燃复合隔膜及其制备方法和锂离子电池与流程

本公开涉及锂电池材料，尤其涉及一种阻燃复合隔膜、该阻燃复合隔膜的制备方法、以及包含其的锂离子电池。

背景技术：

1、随着能源技术的发展，新能源电动汽车已经越来越普及和得到广大消费者的认可。锂离子电池因比能量密度高、循环性能稳定等特点广泛应用在电动汽车动力源，锂离子电池的性能直接影响着电动汽车的续航里程和安全性能，随着续航里程的不断提升，安全性能在某种程度上会收到影响；锂离子电池的电芯在过充、高温、内短路(比如针刺)等异常状态下，正极材料在高温下分解产生的活性氧和氧气与电解液和负极发生强烈的氧化还原反应，释放大量的热，引发电池剧烈温升，并进一步引起电解液、隔膜等燃烧，导致电池发生热失控。单体电芯热失控起火，容易造成热蔓延引发整个模组电芯起火，从而造成电动汽车爆炸、火灾等事故。正、负极材料和电解液材料在安全方面的改性，对电化学性能影响非常大，例如：阻燃电解液可以大幅度缩短火焰燃烧时间，但是阻燃电解液会大幅度增加电池内阻和降低电池循环性能。

2、相对而言，隔膜材料的改性对整体性能影响最小，因此，提高隔膜的安全性能，特别是阻燃性能至关重要。现有技术中的隔膜材料主要为聚烯烃材料，为了提高隔膜的安全性能，通常会在聚烯烃基膜上做陶瓷涂覆或聚合物涂覆，改善隔膜的热收缩性能，但是当电芯失控起火后，隔膜不能阻止电芯燃烧。目前主要的阻燃剂有无机阻燃剂、卤系阻燃剂和磷系阻燃剂等。无机阻燃剂通过阻燃剂受热失水吸热，从而缓解或者终止主体材料的升温过程，此类阻燃剂阻燃效率极低；磷系阻燃剂通过磷化合物分解生成磷酸液态膜和强脱水剂聚偏磷酸，使高聚物脱水炭化形成碳化层，隔绝可燃物，其效率一般；卤系阻燃剂通过卤素自由基有效捕捉活性自由基，从而缓解或者终止燃烧的自由基链式反应，同时生成不可燃气体，从而隔绝氧气，其效率较高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题中的至少一个，本公开提供了一种阻燃复合隔膜，所述阻燃复合隔膜包括：

2、基膜以及设置于所述基膜至少一个表面上的阻燃涂层；其中，所述阻燃涂层包括阻燃剂，所述阻燃剂包括十溴二苯乙烷和三氧化二锑。

3、在本公开内容的一个方面，所述阻燃涂层包括十溴二苯乙烷、三氧化二锑、粘合剂和助剂，所述助剂包括分散剂、润湿剂、增稠剂和消泡剂中的至少一种。

4、在本公开内容的一个方面，所述阻燃涂层的厚度为1～20μm。

5、在本公开内容的一个方面，在所述阻燃剂中，所述十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量比为(2～5):1。

6、在本公开内容的一个方面，在所述阻燃剂中，所述十溴二苯乙烷和三氧化二锑的质量比为(2.5～3.5):1。

7、在本公开内容的一个方面，所述阻燃涂层还包括：粘合剂和助剂，所述粘合剂的重量为所述阻燃剂的重量的2～10％，所述助剂的重量为所述阻燃剂的重量的2～10％。

8、在本公开内容的一个方面，所述助剂包括：分散剂、润湿剂、增稠剂和消泡剂；其中，所述分散剂的重量为所述阻燃剂的重量的0.1～2％，所述润湿剂的重量为所述阻燃剂的重量的0.4～5％，所述增稠剂的重量为所述阻燃剂的重量的0.5～3％，所述消泡剂的重量为所述阻燃剂的重量的0～0.5％。

9、在本公开内容的一个方面，所述基膜的材料包括聚乙烯、聚丙烯、pp/pe/pp、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺和芳纶中的至少一种。

10、在本公开内容的一个方面，所述基膜的厚度选自5～20μm，优选为5～12μm。

11、在本公开内容的一个方面，所述基膜的一侧表面或相对的两侧的表面涂敷陶瓷层，所述陶瓷层的材料包括三氧化二铝、勃姆石、氢氧化镁、氢氧化铝、石榴石、二氧化硅和氧化物固态电解质中至少一种。

12、在本公开内容的一个方面，所述陶瓷层的厚度选自1～5μm，优选为2.5～3.5μm。

13、在本公开内容的一个方面，所述粘合剂包括羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇和聚偏氟乙烯中至少一种。

14、在本公开内容的一个方面，所述分散剂包括聚丙烯酸类共聚物、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、羧酸盐和磺酸盐中的至少一种。

15、在本公开内容的一个方面，所述润湿剂选自氟碳表面活性剂、聚氧化乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠和聚醚改性聚二甲基硅烷中的至少一种。

16、在本公开内容的一个方面，所述增稠剂选自羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中至少一种。

17、在本公开内容的一个方面，所述消泡剂选自聚醚改性的聚二甲基硅烷。

18、本公开还提供了一种制备上述阻燃复合隔膜的方法，包括以下步骤：

19、步骤1：将分散剂、阻燃剂依次加入至溶剂中，混合处理，得到分散液a；

20、步骤2：将所述分散液a与增稠剂混合处理，经过研磨处理，得到分散液b；将所述分散液b与润湿剂和粘合剂混合处理，得到涂布用浆料；

21、步骤3：将所述涂布用浆料涂布于基膜的至少一个表面上。

22、在本公开内容的一个方面，所述混合处理可以为均匀搅拌，但不限于此。

23、在本公开内容的一个方面，所述方法满足以下条件中的至少一者：

24、(1)在步骤1中，所述溶剂选自水、水和乙醇的混合物、和n-甲基吡咯烷酮中的一种；

25、(2)在步骤1中，在加入所述阻燃剂时，加入消泡剂；

26、(3)在步骤2中，所述研磨处理使用砂磨机进行研磨；

27、(4)在步骤3中，所述涂布选自微凹辊涂布、转移涂布、凹版涂布或者喷涂中的一种。

28、在本公开内容的一个方面，阻燃涂层设置于基膜相对的两个表面上。

29、在本公开内容中，阻燃涂层的厚度为设置于基膜的一个表面上的阻燃涂层的厚度。

30、在本公开内容的一个方面，其中，所述阻燃涂层的单面厚度为2-5μm。

31、在本公开内容的一个方面，其中，所述十溴二苯基乙烷和三氧化二锑的质量比为3:1。

32、在本公开内容的一个方面，其中，在所述助剂中，所述润湿剂选自氟碳表面活性剂、聚氧化乙烯醚、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、聚硅氧烷和聚醚改性聚二甲基硅烷中的至少一种，但不限于此。

33、在本公开内容的一个方面，其中，在所述助剂中，所述增稠剂选自羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中至少一种，但不限于此。

34、在本公开内容的一个方面，其中，在所述助剂中，所述消泡剂选自聚醚改性的聚二甲基硅烷，但不限于此。

35、本公开还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：正极、负极、电解液和上述阻燃复合隔膜或利用上述方法所制备的阻燃复合隔膜。

36、在本公开中，在电芯起火时，阻燃剂材料在高温下分解产生的sbbr3可以隔绝氧气，掐断火焰，同时溴自由基捕捉燃烧产生的h和ho自由基，从而缓解或者终止燃烧的自由基链式反应，有效改善三元电池的安全性能。

37、有益效果：

38、通过使用本公开所提供的阻燃薄膜，可以在电芯起火时隔绝氧气，掐断火焰，从而缓解或者终止燃烧的自由基链式反应，有效改善三元电池的安全性能；本公开所提供的阻燃薄膜在高温下的热收缩率较小，具有合适的透气度；并且，相比于使用现有技术的薄膜的锂电池，使用本公开所提供的阻燃薄膜的锂电池在电化学性能方面没有出现下降。