CN108336278A - 一种复合隔膜及包含其的锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合隔膜及包含其的锂电池。该复合隔膜首次在膜基层内分散了热敏材料，发现其非但没有影响隔膜性质，而且当锂电池内部因放电而导致温度升高时，在温升的初始阶段，其中的热敏材料会受热膨胀，空隙增大，有利于电芯内部散热，缓解了锂电池内部的温升，进而提高了锂电池的倍率放电性能；同时，分散于膜基层中的热敏材料，能长时间起到温控调节的作用，维持锂电池内部具有适宜的温度范围，避免了因温度过高所引起的隔膜的破坏和安全隐患。
Description
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种复合隔膜及包含其的锂电池。
背景技术
锂电池包括目前处于研究热点的锂硫电池和已广泛应用的锂离子电池，此二者均是由正极、负极、隔膜和电解液组成。因其具有能量密度高和循环寿命长等优点，被大量应用于移动电子设备和动力装置中。然而近期频繁发生的锂电池爆炸事故，则警示人们需要进一步提高锂电池的安全性能。
分析上述锂电池爆炸事故的原因多在于电芯内部温度过高，热量来不及释放，引起锂电池整体温度过高，导致其热失控，随之出现气胀和漏液等恶化现象。为此，中国专利文献CN 102780025 A公开了一种涂覆了可热聚合的氟化物涂层的隔膜，当电池温度升高时，将会使电解质溶液中会产生气胀的有机溶剂、杂质与可热聚合的氟化物涂层结合，以防止该有机溶剂及杂质产生氢气、氧气及二氧化碳之类的气体，如此一来，即可避免出现气胀和漏液的现象，提高锂电池的安全性能。
然而，该技术中的氟化物涂层是直接涂覆于隔膜上，在锂电池运行前中期，虽然能通过涂层所发生的热聚合反应来降低电池内部温度，但是在锂电池运行后期，氟化物涂层逐渐被消耗掉，电池高温保护能力逐渐减弱，不能长时间起到高温保护能力，进而电芯内部热量不能有效散失，导致其倍率放电性能降低。与此同时，在隔膜上增加涂层，减弱了锂离子传输能力，同样降低了其倍率放电性能。
发明内容
为此，本发明所要解决的现有锂电池在长时间运行过程中，其内部温度升高过大，导致其倍率放电性能降低的缺陷，进而提供一种能将锂电池内部热量快速散失，降低其内部温度，提高其倍率放电性能的复合隔膜及包含其的锂电池。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明所提供的复合隔膜，包括膜基层，所述膜基层内分散有热敏材料。
现有技术中，为了应对锂电池在运行过程中其内部温度升高过大的缺陷，一般是在正极、负极或电解液中加入导电剂，或者在隔膜上设置涂层，而不会直接在隔膜中加入其它材料，因为本领域技术人员会认为额外加入的其它材料会影响隔膜的性质，进而影响锂电池的性能。然而，本发明所提供的复合隔膜，首次在膜基层内分散了热敏材料，发现其非但没有影响隔膜性质，而且当锂电池内部因放电而导致温度升高时，在温升的初始阶段，其中的热敏材料会受热膨胀，空隙增大，有利于电芯内部散热，缓解了锂电池内部的温升，进而提高了锂电池的倍率放电性能；同时，分散于膜基层中的热敏材料，能长时间起到温控调节的作用，维持锂电池内部具有适宜的温度范围，避免了因温度过高所引起的隔膜的破坏和安全隐患。
进一步地，以所述膜基层的总重计，所述热敏材料的添加量为5-15wt％，通过加入特定量的热敏材料优化了膜基层的散热性能，同时不影响复合隔膜的性能。
进一步地，所述热敏材料的耐热温度低于所述膜基层的闭孔温度，这样能在膜基层闭孔之前，热敏材料感受到温度的急剧增加，从而使其孔隙数量和尺寸增加，释放更多热量，增加散热效果，保证锂电正常工作。
进一步地，所述热敏材料的耐热温度为110-130℃。
进一步地，所述热敏材料为聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、芳香族聚酰胺、聚芳酯、聚苯酯、聚芳醚酮、液晶聚合物和氟树脂中的至少一种。
进一步地，所述膜基层的厚度为12-20μm。
进一步地，所述膜基层为聚丙烯膜层、聚乙烯膜层、聚丙烯与聚乙烯混合后所形成的复合膜层、聚丙烯膜与聚乙烯膜复合所形成的至少两层膜层。
进一步地，所述热敏材料以热敏材料颗粒的形式分散于所述膜基层内。
进一步地，所述热敏材料颗粒的粒径为5-20nm，这样在保证散热效果的同时，还能进一步地保证外加的热敏材料颗粒不会对隔膜固有性能产生坏的影响。
此外，本发明还提供了一种锂电池，包括上述复合隔膜。
该锂电池内部热量能快速散失，内部温度不会显著升高，其倍率放电性能高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中复合隔膜的结构示意图；
附图标记说明如下：
1-膜基层；2-热敏材料。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供了一种复合隔膜，如图1所示，包括膜基层1，膜基层1内分散有热敏材料2，热敏材料2的耐热温度低于膜基层1的闭孔温度，这样能在膜基层1闭孔之前，热敏材料2感受到温度的急剧增加，从而使其孔隙数量和尺寸增加，释放更多热量，增加散热效果，保证锂电正常工作；具体地，热敏材料2的耐热温度不大于150℃；更具体地，热敏材料2的耐热温度为110-130℃，在本实施例中，热敏材料2为工程塑料，具体为聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、芳香族聚酰胺、聚芳酯、聚苯酯、聚芳醚酮、液晶聚合物和氟树脂中的至少一种，更具体地为聚酰亚胺；优选地，热敏材料2为聚烟酰胺：聚苯硫醚以质量比2-4:6-8混合所形成的混合材料，例如3:7。
上述复合隔膜中，首次在膜基层1内分散了热敏材料2，发现其非但没有影响隔膜性质，而且当锂电池内部因放电而导致温度升高时，在温升的初始阶段，其中的热敏材料2会受热膨胀，空隙增大，有利于电芯内部散热，缓解了锂电池内部的温升，进而提高了锂电池的倍率放电性能；同时，分散于膜基层1中的热敏材料，能长时间起到温控调节的作用，维持锂电池内部具有适宜的温度范围，避免了因温度过高所引起的隔膜的破坏和安全隐患。
为了优化膜基层1的散热性能，同时不影响复合隔膜的性能，以膜基层1的总重计，热敏材料2的添加量为5-15wt％，在本实施例中，热敏材料2的添加量为10wt％；
进一步地，膜基层1的厚度为12-20μm，在本实施例中，膜基层的厚度为18μm。
进一步地，膜基层1为聚丙烯膜层、聚乙烯膜层、聚丙烯与聚乙烯混合后所形成的复合膜层、聚丙烯膜与聚乙烯膜复合所形成的至少两层膜层；在本实施例中，膜基层1为聚丙烯膜层。
此外，本申请中的复合隔膜可以采用湿法制备，也可采用干法制备，例如采用干法制备时，其包括如下步骤：将膜基层1所用材质熔融，然后向其中加入熔融的热敏材料2，并混合均匀；接着将上述混合物横向拉伸250-350倍流延铸片成12-20μm的膜，再于150-350℃下热处理；最后纵向拉伸100-200倍后，于200-300℃下热定型，得到复合隔膜。利用该干法制备的复合隔膜，有助于提高热敏材料的分散性，提升电池的倍率放电性能和安全性能。
实施例2
本发明实施例提供了一种复合隔膜，在上述实施例1的基础上，热敏材料2以热敏材料颗粒的形式分散于膜基层1内，优选地，热敏材料颗粒的粒径为5-20nm，这样在保证散热效果的同时，还能进一步地保证外加的热敏材料颗粒不会对隔膜固有性能产生坏的影响；
在本实施例中，热敏材料2为聚苯硫醚；以膜基层1的总重计，热敏材料2的添加量为5wt％；膜基层1的厚度为20μm；膜基层1为聚乙烯膜层。
实施例3
本发明实施例提供了一种复合隔膜，在上述实施例1或2的基础上，作为可变型的实施方式，热敏材料2为氟树脂；以膜基层1的总重计，热敏材料2的添加量为15wt％；膜基层1的厚度为12μm；膜基层1为聚丙烯与聚乙烯混合后所形成的复合膜层。
实施例4
本发明实施例提供了一种复合隔膜，在上述实施例1、2或3的基础上，作为可变型的实施方式，热敏材料2为聚砜；以膜基层1的总重计，热敏材料2的添加量为8wt％；膜基层1的厚度为14μm；膜基层1为聚丙烯膜与聚乙烯膜复合所形成的至少两层膜层，更具体地，至少两层膜层中聚丙烯膜的厚度为6μm，聚乙烯膜的厚度为8μm，两层膜之间可通过热压复合在一块，当然也可以在两层膜间设置粘结层，以将两者粘结在一起，粘结层的厚度可为0.1μm。
实施例5
本发明实施例提供了一种锂电池，其包括上述实施例1-5中的任一复合隔膜。为了验证采用上述复合隔膜和采用未添加热敏材料的隔膜的锂电池的倍率放电性能，各制备100个锂电池，正极材料采用锂铁磷酸盐，如LiFePO4，负极材料采用石墨，电解液采用锂电池常规电解液，以5C放电时，采用本申请复合隔膜的100个锂电池的倍率放电效率均在98.6％以上，放电温度为35-40℃，针刺实验的合格率在90％以上；采用未添加热敏材料的隔膜的100个锂电池的倍率放电效率不高于90％，放电温度在65℃以上，针刺实验的合格率在60％以下。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种复合隔膜，包括膜基层，其特征在于，所述膜基层内分散有热敏材料。
2.根据权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，以所述膜基层的总重计，所述热敏材料的添加量为5-15wt％。
3.根据权利要求1或2所述的复合隔膜，其特征在于，所述热敏材料的耐热温度低于所述膜基层的闭孔温度。
4.根据权利要求3所述的复合隔膜，其特征在于，所述热敏材料的耐热温度为110-130℃。
5.根据权利要求3或4所述的复合隔膜，其特征在于，所述热敏材料为聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜、芳香族聚酰胺、聚芳酯、聚苯酯、聚芳醚酮、液晶聚合物和氟树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的复合隔膜，其特征在于，所述膜基层的厚度为12-20μm。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的复合隔膜，其特征在于，所述膜基层为聚丙烯膜层、聚乙烯膜层、聚丙烯与聚乙烯混合后所形成的复合膜层、聚丙烯膜与聚乙烯膜复合所形成的至少两层膜层。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的复合隔膜，其特征在于，所述热敏材料以热敏材料颗粒的形式分散于所述膜基层内。
9.根据权利要求8所述的复合隔膜，其特征在于，所述热敏材料颗粒的粒径为5-20nm。
10.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的复合隔膜。
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| CN102856521A (zh) * | 2012-09-19 | 2013-01-02 | 蚌埠鑫源石英材料有限公司 | 用于锂电池的板状α-氧化铝涂层 |
| CN103928649A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-16 | 佛山市金辉高科光电材料有限公司 | 一种新型改性无纺布锂离子电池隔膜及其制备方法 |
| CN105845871A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-08-10 | 成都慧成科技有限责任公司 | 一种具有热开关功能的锂电池隔膜及其制备方法 |
-
2018
- 2018-03-27 CN CN201810259673.7A patent/CN108336278A/zh active Pending
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