CN106784559A - 一种含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜 - Google Patents

一种含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，属于新能源汽车电池领域，旨在提供安全性能好的电池，所述的电池隔膜包括基膜层（1）以及覆盖在基膜层上的增强层（2），所述的增强层是含有纳米无机耐热颗粒的树脂。

Description

一种含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜
技术领域
本发明涉及新能源车领域，具体来讲是一种含有纳米颗粒增强层的新能源车电池隔膜。
背景技术
在新能源汽车的快速发展之下，锂电池由于其优异的性能逐渐在新能源汽车中逐步应用。
锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。 隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。
而作为隔膜性能的一个重要指标就是器闭孔温度和破膜温度，在电池温度达到一定值时，膜融化、孔关闭，保护电池，当达到较高值时，膜会破裂，这时候电池有较大的危险，所以需要一个闭孔温度较低、破膜温度较高的锂离子电视膜。。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供含有纳米颗粒增强层的新能源车电池隔膜，本发明公开的。
本发明采用的技术方案如下：
本发明公开了一种含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于，所述的电池隔膜包括基膜层以及覆盖在基膜层上的的增强层，所述的增强层是含有纳米无机耐热颗粒的树脂，其中所述的基膜为PE膜、PP膜、PET膜、PP/PP膜、PP/PE、PE/PE膜的一种，为了兼具闭孔温度和破膜温度，采用PP/PE/PP膜的方式，即采用一膜三层的方式，其中的PP膜的熔融温度大于PE膜，所以设置在增强层和PE膜层之间，所述的基膜层的厚度为10μm -50μm，所述的增强层的厚度为10-100μm。
作为改进，所述的纳米颗粒为碳酸钙、硫酸钡、硅藻土、二氧化硅、气相法二氧化硅、银、铜、氮化硅、氮化钛、氮化铝、氮化硼的一种或几种，所述的纳米粒径为1nm-100纳米之间，纳米材料在增强材料中所占的重量比为2%-20%之间，其中所述的纳米颗粒做起的作用主要在于增强增腔层耐热性以及抗老化性的作用。
为了达到本发明膜的目的实现，作为优选，所述增强层上的树脂为熔融温度高于180℃的树脂，其中可选用的树脂包括聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚腈、氯化聚醚、聚苯醚、聚甲醛。
作为优选，所述的树脂包括以下结构的重复单元：
其中，所述的R1、R2、R3、R4选自氢基、卤基、烷基、氨基、羟基，其中所述的R1、R2、R3、R4相互可以相同也可以不同，但至少有一个是卤基。为了在高分子链中引入上述基团，可以自由选自单体，所述的单体可以但不限于以下：
同时本发明还公开了一种制备含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照配方将甲醛水溶液加入到反应釜当中，加入稀释剂，调节PH至中性，升值至60摄氏度，加入相应的吡啶甲酰胺的单体，继续升温至80摄氏度，这时候可以停止加入，反应物会自动升温，将其温度保持在100-120摄氏度之间即可，测定水溶液的水数，以1:3份水，呈现牛乳液状为反应重点，用三乙醇胺和水将溶液PH调整到10或者9-11即可，搅拌。
步骤2：将上述的树脂溶液加入到预热至70℃以上的捏合机中，加入一定量的草酸水溶液、硬脂酸锌，捏合80分钟左右，用吸风管使水散发。冷却、干燥，直至含水量在3%以下为止；
步骤3：将步骤1后的树脂溶解在溶剂中，加入纳米无机粒子制得纺丝液
步骤3：将上述的纺丝液通过静电纺丝的方法涂抹在基膜上，纺丝温度为70 ℃-100 ℃之间。
步骤4：对步骤3的隔膜在60摄氏度上的环境中进行干燥，即制得所述的电池隔膜。
作为改进，在步骤3前需要对涂抹纺丝液的一面涂抹有聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛的粘接剂，所述的粘接剂的浓度为1%-5%。
在发明中对隔膜的个中性能采用以下的方式进行测定：
热稳定性检测方法：
1、把电池隔膜平铺到金属导体板上；
2、把直径为0.1mm～10mm的烙铁温度加热到200℃以上；
3、使用烙铁垂直穿透隔膜， 并且保持热烙铁静止时间＞1s；
4、热烙铁静止时间结束后， 将烙铁沿垂直方向移走；
5、测量隔膜上刺穿孔的直径大小，（孔径在1.5mm-2之间）孔的直径越大，说明隔膜在电池受到针刺破坏时，正负极片接触面积越大，电池引发热失控的可能性越大，安全性能越差。
闭孔温度、破膜温度、电导率的检测方法：
1、将隔膜裁剪成大小相同面积，在上极与下极之间， 浸泡电解液中待测；
2、接入内阻分析仪 ；
3、开启内阻分析仪并设置量程；
4、开启气动阀门开关，上极下极之间分别夹持 1、 2、 3、 4隔膜， 并测试其阻抗值，做线性拟合，计算出离子电导率 S；
5、将热电偶探头接入上极测温孔内；
6、开启温度控制器并设置量程；
7、将加热炉升温速率设置为所需值，开启气动阀门，夹持单层隔膜，记录电阻值与温度值，绘制曲线，在曲线上，电阻迅速升高点即为闭孔温度，电阻值急剧下降点即为破膜温度。
经过测量本发明公开的隔膜的电导率和对比例相差不大，但是闭孔温度有一定程度的下降，破膜温度相对于对比例上升较多，热稳定性也有一定程度的上。
附图说明
图1是本发明隔膜的截面图；
图中标记：1-基膜层，2-增强层。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
具体实施例1：本发明公开了一种含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于，所述的电池隔膜包括基膜层以及覆盖在基膜层上的的增强层，所述的增强层是含有纳米无机耐热颗粒的树脂，其中所述的基膜为PE膜，所述的基膜层的厚度为10μm，所述的增强层的厚度为10μm。
作为改进，所述的纳米颗粒为氮化钛，所述的纳米粒径为1nm-100纳米之间，纳米材料在增强材料中所占的重量比为2%之间，其中所述的纳米颗粒做起的作用主要在于增强增腔层耐热性以及抗老化性的作用。
为了达到本发明膜的目的实现，作为优选，所述增强层上的树脂为熔融温度高于180℃的树脂，其中可选用的树脂包括聚甲基丙烯酸甲酯。
作为优选，所述的树脂包括以下结构的重复单元：
其中，所述的R1、R2、R3、R4选自氢基、卤基、烷基、氨基、羟基，其中所述的R1、R2、R3、R4相互可以相同也可以不同，但至少有一个是卤基。为了在高分子链中引入上述基团，可以自由选自单体，所述的单体结构如下：
具体实施例2：本发明公开了一种含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于，所述的电池隔膜包括基膜层以及覆盖在基膜层上的的增强层，所述的增强层是含有纳米无机耐热颗粒的树脂，其中所述的基膜为PP膜，所述的基膜层的厚度为50μm，所述的增强层的厚度为10-100μm。
作为改进，所述的纳米颗粒为氮化铝，所述的纳米粒径为1nm-100纳米之间，纳米材料在增强材料中所占的重量比为20%，其中所述的纳米颗粒做起的作用主要在于增强增腔层耐热性以及抗老化性的作用。
为了达到本发明膜的目的实现，作为优选，所述增强层上的树脂为熔融温度高于180℃的树脂，其中可选用的树脂包括聚酰亚胺。
作为优选，所述的树脂包括以下结构的重复单元：
其中，所述的R1、R2、R3、R4选自氢基、卤基、烷基、氨基、羟基，其中所述的R1、R2、R3、R4相互可以相同也可以不同，但至少有一个是卤基。为了在高分子链中引入上述基团，可以自由选自单体，所述的单体结构如下：
具体实施例3：本发明公开了一种含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于，所述的电池隔膜包括基膜层以及覆盖在基膜层上的的增强层，所述的增强层是含有纳米无机耐热颗粒的树脂，其中所述的基膜为PP/PP膜，所述的基膜层的厚度为20μm，所述的增强层的厚度为80μm。
作为改进，所述的纳米颗粒为氮化硼，所述的纳米粒径为1nm-100纳米之间，纳米材料在增强材料中所占的重量比为15%，其中所述的纳米颗粒做起的作用主要在于增强增腔层耐热性以及抗老化性的作用。
为了达到本发明膜的目的实现，作为优选，所述增强层上的树脂为熔融温度高于180℃的树脂，其中可选用的树脂包括聚苯乙烯。
作为优选，所述的树脂包括以下结构的重复单元：
其中，所述的R1、R2、R3、R4选自氢基、卤基、烷基、氨基、羟基，其中所述的R1、R2、R3、R4相互可以相同也可以不同，但至少有一个是卤基。为了在高分子链中引入上述基团，可以自由选自单体，所述的单体结构如下：
具体实施例4：本发明公开了一种含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于，所述的电池隔膜包括基膜层以及覆盖在基膜层上的的增强层，所述的增强层是含有纳米无机耐热颗粒的树脂，其中所述的基膜为PP/PE，所述的基膜层的厚度为30μm，所述的增强层的厚度为40μm。
作为改进，所述的纳米颗粒为氮化钛，所述的纳米粒径为1nm-100纳米之间，纳米材料在增强材料中所占的重量比为10%，其中所述的纳米颗粒做起的作用主要在于增强增腔层耐热性以及抗老化性的作用。
为了达到本发明膜的目的实现，作为优选，所述增强层上的树脂为熔融温度高于180℃的树脂，其中可选用的树脂包括不饱和树脂。
作为优选，所述的树脂包括以下结构的重复单元：
其中，所述的R1、R2、R3、R4选自氢基、卤基、烷基、氨基、羟基，其中所述的R1、R2、R3、R4相互可以相同也可以不同，但至少有一个是卤基。为了在高分子链中引入上述基团，可以自由选自单体，所述的单体结构如下：
上述实施例的性能检测如下：
。

Claims (8)

1.一种含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于，所述的电池隔膜包括基膜层（1）以及覆盖在基膜层上的的增强层（2），所述的增强层是含有纳米无机耐热颗粒的树脂。
2.根据权利要求1所述的含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于，所述的纳米颗粒为碳酸钙、硫酸钡、硅藻土、二氧化硅、气相法二氧化硅、银、铜、氮化硅、氮化钛、氮化铝、氮化硼的一种或几种，所述的纳米粒径为1nm-100纳米之间，纳米材料在增强材料中所占的重量比为2%-20%之间。
3.根据权利要求1所述的含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于，所述增强层上的树脂为熔融温度高于180℃的树脂。
4.根据权利要求3所述的含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于，所述的树脂选自聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚腈、氯化聚醚、聚苯醚、聚甲醛。
5.根据权利要求1所述的含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于，所述的树脂包括以下结构的重复单元：
。
6.根据权利要求5所述的含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜，其特征在于,所述的R1、R2、R3、R4选自氢基、卤基、烷基、氨基、羟基，其中所述的R1、R2、R3、R4相互可以相同也可以不同，但至少有一个是卤基。
7.一种制备含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将吡啶上含由基团的3-吡啶甲酰胺单体以摩尔比为1:1溶解在溶解在溶剂中，反应制得相应的树脂；
步骤2：将步骤1后的树脂溶解在溶剂中，加入纳米无机粒子制得纺丝液
步骤3：将上述的纺丝液通过静电纺丝的方法涂抹在基膜上，纺丝温度为70 ℃-100 ℃之间;
步骤4：对步骤3的隔膜在60摄氏度上的环境中进行干燥，即制得所述的电池隔膜。
8.根据权利要求7所述的制备含有纳米颗粒增强层的新能源汽车电池隔膜制备方法，其特征在于，在步骤3前需要对涂抹纺丝液的一面涂抹有聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛的粘接剂，所述的粘接剂的浓度为1%-5%。
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