CN103700799A - 一种玻璃纤维隔板和采用该玻璃纤维隔板的锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维隔板，包括质量份数80-97%的玻璃纤维和质量份数3-20%的粘结胶。同时还公开了玻璃纤维隔板的制作方法以及具有该玻璃纤维隔板的锂离子电池，本发明的玻璃纤维隔板相比普通的同规格玻璃纤维隔板强度提升500%以上，增强玻璃纤维隔板韧性，降低玻璃纤维隔板作为锂离子隔板厚度。玻璃纤维孔隙率一般在80%以上，远远高于高分子聚合物隔板的孔隙率,同时玻璃纤维隔板耐高温性能突出，在作为锂离子电池隔板时能有效防止高温短路，耐内部短路能力突出，可以有效控制内部短路时的热扩散，提高电池整体安全性能。

Description

一种玻璃纤维隔板和采用该玻璃纤维隔板的锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种玻璃纤维隔板及其制备方法和采用该玻璃纤维隔板作为隔板的锂离子电池。
背景技术
目前，市场上锂离子二次电池已经在消费类电子市场成为主流产品，但其在新的产品市场上——轻型电动车、低速车等市场的发展比较迟缓，其中一个重要的原因就是现有锂离子二次电池产品的安全性能有待提高。
在轻型电动车、低速车等需要能量比较高的市场上，电池的能量密度要求不高，但安全性能和循环寿命要求比较高，这一点与现有锂离子二次电池的主流市场——消费类产品要求不同。
锂离子二次电池安全性能较差的一个主要原因是隔板材料的耐温性能差。现有的隔板都是采用高分子聚合物材料（如聚丙烯PP、聚乙烯PE材料、PET无纺布材料等）为主材料制成，高分子聚合物材料的融化温度都在200℃以下。若电池内部的正、负极板局部发生内部短路，现有隔板由于热融化、收缩难以有效阻隔短路面积扩展，进而引起剧烈的放热，从而导致安全事故发生，影响到锂离子二次电池的使用安全。同时，高分子聚合物隔板的孔隙率在50%以下，其保液性能差，导致锂离子电池循环寿命差。
所以，为了提升锂离子二次电池的安全性能，满足轻型电动车、低速车等市场的需求，这就需要一种高安全性能、长的循环寿命、较低的成本的锂离子电池。
同时，现有技术中，玻璃纤维隔板作为隔板已经应用在铅酸电池中，但是却不能适应锂离子电池的使用工况。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种玻璃纤维隔板和采用该玻璃纤维隔板的锂离子电池。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种玻璃纤维隔板，包括质量份数80-97%的玻璃纤维和质量份数3-20%的粘结胶。
所述的玻璃纤维的直径在0.1～10μm，采用该范围的玻璃纤维利于锂离子电池加工和储液。
所述的粘结胶为无机胶和/或有机胶。
所述无机胶为硅烷胶，所述有机胶为高分子胶。
所述的有机胶为丙烯类胶、聚偏氟乙烯类胶、丁苯橡胶。
一种玻璃纤维隔板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤，首先将中碱和/或高碱玻璃纤维与高纯水进行混合,匀浆，进行拉浆式涂布，经整型辊辊压成型，而后进行浸淋胶处理，最后烘箱烘干，其中，所述的玻璃纤维和高纯水的质量比为0.7-0.8:1，烘干温度90-100摄氏度，搅拌时间3-5小时，拉浆速度在4-6米/分钟，浸淋胶的速度在0.8-1.2升/分钟。
一种锂离子电池，包括正极片、负极片以及设置在正极片和负极片之间并将两者间隔的隔板，所述的隔板为权利要求1-5任一项所述的玻璃纤维隔板。
所述的隔板厚度在100-350μm。
所述的锂离子电池为叠片式或者卷绕式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的玻璃纤维隔板相比普通的同规格玻璃纤维隔板强度提升500%以上，增强玻璃纤维隔板韧性，降低玻璃纤维隔板作为锂离子隔板厚度。玻璃纤维孔隙率一般在80%以上，远远高于高分子聚合物隔板的孔隙率,同时玻璃纤维隔板耐高温性能突出，在作为锂离子电池隔板时能有效防止高温短路，耐内部短路能力突出，可以有效控制内部短路时的热扩散，提高电池整体安全性能。
本发明的锂离子电池采用玻璃纤维隔板，杜绝锂离子电池内部短路引发的安全问题，延长锂离子电池的循环寿命。为锂离子电池在轻型电动车、低速车等新兴市场发展进行有益的实践验证。
附图说明
图1所示为发明的锂离子电池内部结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例的玻璃璃纤维隔板包括90kg的玻璃纤维和10kg的粘结胶。其中，所述玻璃纤维的直径在1-2μm，所述粘结胶为硅烷胶。
把90kg玻璃纤维和120kg的去离子水倒入混合罐中，以60转/分钟的速度进行搅拌3小时，经三道沉淀除渣，以5米/分钟的速度进行拉浆，经整型辊辊压成型去水，以1升/分钟的速度浸淋胶，过15米95℃的烘箱烘干，收卷。成型玻璃纤维隔板厚度270μm。
实施例2
本实施例的玻璃璃纤维隔板包括95kg的玻璃纤维和5kg的粘结胶。其中，所述玻璃纤维的直径在0.5-1μm，所述粘结胶为聚偏氟乙烯类胶。
把95kg玻璃纤维和130kg的去离子水倒入混合罐中，以60转/分钟的速度进行搅拌3小时，经三道沉淀除渣，以4米/分钟的速度进行拉浆，经整型辊辊压成型去水，以0.8升/分钟的速度浸淋胶，过15米90℃的烘箱烘干，收卷。成型玻璃纤维隔板厚度300μm。
实施例3
本实施例的玻璃璃纤维隔板包括80kg的玻璃纤维和20kg的粘结胶。其中，所述玻璃纤维的直径在8-10μm，所述粘结胶为丙烯类胶和丁苯橡胶，两者质量比为1:1。
把80kg玻璃纤维和100kg的去离子水倒入混合罐中，以60转/分钟的速度进行搅拌4小时，经三道沉淀除渣，以6米/分钟的速度进行拉浆，经整型辊辊压成型去水，以1.2升/分钟的速度浸淋胶，过15米100℃的烘箱烘干，收卷。成型玻璃纤维隔板厚度230μm。
实施例4
本实施例的玻璃璃纤维隔板包括97kg的玻璃纤维和3kg的粘结胶。其中，所述玻璃纤维的直径在5-8μm，所述粘结胶为硅烷胶、丙烯类胶和聚偏氟乙烯类胶，三者质量比为1：1:1。
把97kg玻璃纤维和125kg的去离子水倒入混合罐中，以60转/分钟的速度进行搅拌5小时，经三道沉淀除渣，以4米/分钟的速度进行拉浆，经整型辊辊压成型去水，以0.8升/分钟的速度浸淋胶，过15米,95℃的烘箱烘干，收卷，成型玻璃纤维隔板厚度100μm。
上述各实施例中的玻璃纤维隔板相比普通的同规格玻璃纤维隔板强度提升500%以上，增强玻璃纤维隔板韧性，降低玻璃纤维隔板作为锂离子隔板厚度。玻璃纤维孔隙率一般在80%以上，远远高于高分子聚合物隔板的孔隙率,同时玻璃纤维隔板耐高温性能突出，在作为锂离子电池隔板时能有效防止高温短路，耐内部短路能力突出，可以有效控制内部短路时的热扩散，提高电池整体安全性能
实施例5
如图1所示，1、正极板1选择钴酸锂，配方为钴酸锂:SP:PVDF=96:2:2（重量比），正极面密度为500g/m2。
2、负极板2选择为天然石墨，配方为石墨:SBR:CMC:SP=95:2.5:1.5:1（重量比），负极板面密度为260g/m2。
3、隔板3选择为实施例1的玻璃纤维隔板，厚度为270μm，体积密度为280kg/m3，玻璃纤维直径在1-2μm。
4、电解液选择为1.1mol/L的LPF6电解液，配方为EC:DMC:DEC=1:1:1（重量比）。
5、包装材料选择为昭和铝塑膜，厚度150μm。
6、制作成容量为10Ah电池，尺寸为90mm（宽）×140mm（长）×13mm（厚）。
参见表1，为了对比本发明提供的一种新型锂离子二次电池与现有电池的性能状况，具体实现上，制作了同样规格的普通锂离子二次电池（隔板不同，对比例采用常规的高分子聚合物隔板，对比例的电池厚度为9mm），然后对本发明的锂离子二次电池与普通锂离子二次电池进行主要性能对比。
表1
Figure BDA0000447524910000041
参见表1，在针刺项目的安全测试中，电池在满电状态。对于本发明实施例4提供的锂离子二次电池，电池的温度只是上升7℃，其他没有变化；而普通锂离子二次电池，该电池因为普通隔板受热破损、收缩，从而起火损坏。
参见表1，在温度为130℃的热箱测试中，电池在满电状态。对于本发明提供的锂离子二次电池，耐高温性能突出，锂离子二次电池中正、负极板没有发生问题短路；而对于普通锂离子二次电池，因为普通隔板受热收缩，从而使锂离子二次电池中的正、负极板出现短路问题。
参见表1，在循环性能测试中，本发明提供的锂离子二次电池，因为玻璃纤维隔板具备优异的保液性能，在锂离子电池的循环过程中，电解液始终是充足的，所以寿命要好于普通隔板电池。因为随着循环次数的增加，电池会发生越来越多的副反应，这些副反应会消耗电解液，普通隔板储存的电解液会在电池循环后期相对不足，引起循环性能的劣化。
实施例6：
1、正极板选择镍钴锰酸锂（1:1:1），配方为镍钴锰酸锂:SP:PVDF=96:2:2（重量比），正极面密度为500g/m2。
2、负极板选择为人造石墨，配方为石墨:SBR:CMC:SP=95:2.5:1.5:1（重量比），负极板面密度为280g/m2。
3、隔板选择为实施例2的玻璃纤维隔板，厚度为300μm，体积密度为220kg/m3，，
4、电解液选择为1.1mol/L的LPF6电解液，配方为EC:DMC:DEC=1:1:1（重量比）。
5、包装材料选择为昭和铝塑膜，厚度150μm。
6、制作成容量为10Ah电池，尺寸为90mm（宽）×140mm（长）×14mm（厚）。
参见表2，为了对比本发明提供的一种新型锂离子二次电池与现有电池的性能状况，具体实现上，制作了同样规格的普通锂离子二次电池（隔板不同，电池厚度为9mm，为实施例4相同的普通电池），然后对本发明的锂离子二次电池与普通锂离子二次电池进行主要性能对比。
表2
Figure BDA0000447524910000051
参见表2，在针刺项目的安全测试中，电池在满电状态。对于本发明提供的锂离子二次电池，电池的温度只是上升6℃，其他没有变化；而普通锂离子二次电池，该电池因为普通隔板受热破损、收缩，从而起火损坏。
参见表2，在温度为130℃的热箱测试中，电池在满电状态。对于本发明提供的锂离子二次电池，耐高温性能突出，锂离子二次电池中正、负极板没有发生问题短路；而对于普通锂离子二次电池，因为普通隔板受热收缩，从而使锂离子二次电池中的正、负极板出现短路问题。
参见表2，在循环性能测试中，本发明提供的锂离子二次电池，因为玻璃纤维具备优异的保液性能，在锂离子电池的循环过程中，电解液始终是充足的，所以寿命要好于普通隔板电池。因为随着循环次数的增加，电池会发生越来越多的副反应，这些副反应会消耗电解液，而普通隔板储存的电解液会在电池循环后期相对不足，引起循环性能的劣化。
因此，由上述实施例可知，本发明提供的锂离子二次电池，由于独特的用玻璃纤维隔板取代普通隔板，从根本上可以解决普通锂离子二次电池的隔板破裂、收缩、融化等引起的内部短路问题，提高了锂离子二次电池的安全性和使用寿命。
综上所述，与现有技术相比较，本发明的锂离子二次电池，其耐内部短路能力突出，可以有效控制内部短路时的热扩散，提高电池整体安全性能。同时，该锂离子二次电池的隔板具备优越储液性能，可以延长电池的使用寿命，降低使用成本。本发明提供的新型锂离子二次电池的高安全性能和低成本优势为锂离子二次电池开拓新的应用市场提供了有益的实践验证。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种玻璃纤维隔板，其特征在于，包括质量份数80-97%的玻璃纤维和质量份数3-20%的粘结胶。
2.如权利要求1所述的玻璃纤维隔板，其特征在于，所述的玻璃纤维的直径在0.1～10μm。
3.如权利要求1所述的玻璃纤维隔板，其特征还在于，所述的粘结胶为无机胶和/或有机胶。
4.如权利要求3所述的玻璃纤维隔板，其特征还在于，所述无机胶为硅烷胶，所述有机胶为高分子胶。
5.如权利要求3所述的玻璃纤维隔板，其特征还在于，所述的有机胶为丙烯类胶、聚偏氟乙烯类胶、丁苯橡胶。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的玻璃纤维隔板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤，首先将中碱和/或高碱玻璃纤维与高纯水进行混合,匀浆，进行拉浆式涂布，经整型辊辊压成型，而后进行浸淋胶处理，最后烘箱烘干，其中，所述的玻璃纤维和高纯水的质量比为0.7-0.8:1，烘干温度90-100摄氏度。
7.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片以及设置在正极片和负极片之间并将两者间隔的隔板，所述的隔板为权利要求1-5任一项所述的玻璃纤维隔板。
8.如权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述的隔板厚度在100-350μm。
9.如权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述的锂离子电池为叠片式或者卷绕式。
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