CN102306725A - 一种锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有良好硬度的锂离子电池，所述的隔离膜为丙烯酸盐与丙烯腈的共聚物，本发明中的隔离膜不仅具有良好的电解液吸收能力，同时能改善正负极极片之间的粘接性，对于提高电池内的电解液吸收量以及电池(特别是薄型电池)的硬度有显著的影响。

Description

一种锂离子电池

技术领域：

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有良好硬度的锂离子电池。

背景技术：

随着现代电子信息技术的不断发展，锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长等优点，成为现代电子信息产品不可缺少的化学电源。随着科学技术的发展，电子产品逐渐向体积小、重量轻等便携化趋势发展，因此这就要求锂离子电池所占用的空间也越来越少，而薄电池的开发无疑将是一个减少空间的有效途径，但相比于厚度较厚锂离子电池而言，薄电池硬度相对较软。电池的软硬度除了与电池的形状有关外，还与电池内电解液的量有关，电池内电解液量过多的话，电池也将会有发软的现象出现。

目前，已商业化的PP/PE/PP层(或PP、PE单层)隔离膜由于PP或PE材料属于非极性共聚物，分子之间的作用力较差，因此PP或PE材料所表现出来的粘接性也较差，在实际使用过程中，隔离膜与正负极极片之间无法形成比较均匀的界面，还会导致“电极/电解质相”界面上极化不均匀，即电极的全部内表面不能同等有效地发挥作用，电极表面附近液层溶剂中离子浓度不够大，由于热运动的干扰致使溶液中的剩余电荷不可能全部集中排列在分散层的最内侧，在这种情况下，溶液中剩余电荷的分布就具有一定的分散性。同时由于隔离膜材料本身与极片的粘接性差问题，将会导致隔离膜与极片形成一个孤立的分布态，极片与极片相互之间难以通过团聚力的形式结合成一个有机的整体。因此，PP/PE/PP层(或PP、PE单层)隔离膜对于改善电池的硬度方面存在一定的缺陷。而现有的技术专利中曾提出以PVDF作为凝胶聚合物电解质，例如2000年7月12日公开的专利：CN1259773A，提到以PVDF-HFP+PP/PE等作为凝胶聚合物电解质，虽然可以改善极片与极片之间的凝聚力，但无法实现与液体电解液一样高的电导率，即使在该凝胶聚合物电解质膜中灌注一定量的电解液，使其具有较高导电能力的电解质膜，但由于该凝胶聚合物电解质膜对电解液的吸收空间毕竟有限，无法满足电池长期循环性能。更重要的是，PVDF会与Li_xC₆发生反应，反应的焓变随x值和碳材料的比表面积增加而线形增加，Maleki等指出Li_xC₆与PVDF的反应在210℃开始，在287℃达到最大放热峰，放热量为317J/g。因此PVDF系列凝胶聚合物电解质的安全性应用受到一定限制。

鉴于此，有必要提供一种能既改善正负极极片之间的粘接性且安全性又较好的隔离膜。

发明内容：

本发明的目的在于：针对现有技术的不足而提供一种与极片界面均匀的极性隔离膜，采用该隔离膜的锂离子电池具有良好硬度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔离膜及其电解液，所述的隔离膜为丙烯酸盐与丙烯腈的共聚物。

所述的隔离膜还可以与PP、PE中一种或几种进行复合，其中外层为丙烯酸盐与丙烯腈共聚物，里层为PP层，或者PE层，或者PP与PE组合层，可以确保本发明在120℃～170℃范围内发生闭孔，以提高电池的耐过充性能。

所述的丙烯酸盐为丙烯酸铵或丙烯酸锂。

隔离膜厚度d、孔径ps与孔隙率pr分别满足以下条件：5um≤d≤50um；0.03um≤ps≤0.1um；15％≤pr≤60％。

所述正极片、负极片与隔离膜卷饶或叠片形成的电芯需要在高温下施加一个外加压力，施加压力时间为1---8h，温度为70℃-120℃，压力大小为1.5MPa-4MPa。

相对于现有的技术，本发明具有以下有益效果，

第一，由于采用一种高极性基团-CN，因此，分子之间的极性较高，分子之间的作用力也较强，所表现出的粘接性也较高，故隔离膜与正负极极片之间的粘接力也越强，极片与极片之间形成一个具有较强凝聚力的整体，同时，正负极之间也会形成一个良好的界面。

第二，本发明中的隔离膜由于具有较高的熔点(286℃以上)，且不与正负极极片发生反应，因此在锂离子电池内的安全性相对较高。

第三，本发明中的隔离膜可以在120℃～170℃发生闭孔，阻断电流但又保持比较稳定的机械特性，相比PP层隔离膜在160℃发生融化导致短路的温度延迟120℃左右，进一步提高电池的安全性能。

第四，化成后真空抽气工序中由于多余的电解液不能完全被抽出，而多余的电解液不能被正负极极片与隔离膜充分吸收，从而游离于这三者之外，导致电池发软。作为本发明中锂离子电池硬度的一种改进，本发明中采用的隔离膜能吸收更多的电解液，避免电池内残存电解液量过多导致电池发软。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的说明：

实施例1

将正极极片、负极极片以及隔离膜通过卷绕或叠片方式进行组装成一个裸电芯，将已经卷绕或叠片好的裸电芯置入包装铝箔内，向包装铝箔内灌注一定量的1mol/L的LiPF6锂盐，溶剂为EC+PC+DEC，溶剂的体积比为1∶1∶1电解液并真空封装，在85℃下以2.2MPa的压力进行5h。所述的隔离膜为丙烯酸铵与丙烯腈的共聚物；所述的隔离膜厚度d为14um，孔径ps与孔隙率pr分别为：0.05um与32％。

实施例2

与实施例1不同之处在于：所述的隔离膜外层为丙烯酸锂与丙烯腈的共聚物，里层为PP层；在90℃下以2.0MPa的压力进行4h。所述的隔离膜厚度d为16um，孔径ps与孔隙率pr分别为：0.06um与46％。其他与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例3

与实施例1不同之处在于：所述的隔离膜外层为丙烯酸铵与丙烯腈的共聚物，里层为PE层；在110℃下以2.0MPa的压力进行2.5h。所述的隔离膜厚度d为20um，孔径ps与孔隙率pr分别为：0.07um与52％。

其他与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例4

与实施例1不同之处在于：所述的隔离膜外层为丙烯酸铵与丙烯腈的共聚物，里层为PE/PP层；在120℃下以1.8MPa的压力进行1.8h。所述的隔离膜厚度d为25um，孔径ps与孔隙率pr分别为：0.06um与50％。其他与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例5

与实施例1不同之处在于：所述的隔离膜为丙烯酸铵与丙烯腈的共聚物；所述的隔离膜厚度d为6um，在75℃下以3.5MPa的压力进行5h。孔径ps与孔隙率pr分别为：0.03um与16％。其他与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例6

与实施例1不同之处在于：所述的隔离膜外层为丙烯酸铵与丙烯腈的共聚物，里层为PE/PP层；在90℃下以4MPa的压力进行2.5h。所述的隔离膜厚度d为40um，孔径ps与孔隙率pr分别为：0.086um与55％。其他与实施例1相同，这里不再赘述。

实施例7

与实施例1不同之处在于：所述的隔离膜外层为丙烯酸铵与丙烯腈的共聚物，里层为PE层；所述的隔离膜厚度d为50um，在85℃下以2.0MPa的压力进行5.5h。孔径ps与孔隙率pr分别为：0.1um与60％。其他与实施例1相同，这里不再赘述。

对比例1

与实施例1不同之处在于：所述的隔离膜为PP/PE/PP层隔离膜，其他与实施例1相同，这里不再赘述。

表1为实施例与对比例化成后真空抽气过程中抽出的电解液量。

表1.电解液抽出量表

从表1中可以看出，采用本发明的锂离子电池在化成后真空抽气过程中电解液的抽出量均不超过12％，小于对比例中的电解液的抽出量16％，本发明中的隔离膜具有较好的电解液吸收能力，避免电池内残存电解液量过多导致电池发软。

对比例2

与实施例1不同之处在于：所述的隔离膜为PP/PE/PP层隔离膜，所采用的电池尺寸为：长度：100mm，宽度：60mm，厚度：2.8mm，其他与实施例1相同，这里不再赘述。

表2为本发明实施例1-7与对比例2形变距离数据表

从表2中可以看出，在同样外力的情况下，本发明比PP/PE/PP隔离膜电池所产生的形变或位移要小。说明了本发明的隔离膜改善了电池的硬度。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.一种锂离子电池，包括正极片、负极片、隔离膜及其电解液，其特征在于：所述的隔离膜为丙烯酸盐与丙烯腈的共聚物。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池，其特征在于，所述的隔离膜还可以与PP、PE中一种或几种进行复合，其中外层为丙烯酸盐与丙烯腈共聚物，里层为PP层，或者PE层，或者PP与PE组合层。

3.根据权利要求1或2所述的隔离膜，其特征在于：所述的丙烯酸盐为丙烯酸铵或丙烯酸锂。

4.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池，其特征在于：隔离膜厚度d、孔径ps与孔隙率pr分别满足以下条件：5um≤d≤50um；0.03um≤ps≤0.1um；15％≤pr≤60％。

5.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述正极片、负极片与隔离膜卷饶或叠片形成的电芯需要在高温下施加一个外加压力，施加压力时间为1---8h，温度为70℃-120℃，压力大小为1.5MPa-4MPa。