CN110265611B - 高倍率电池隔膜及锂离子二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高倍率电池隔膜及锂离子二次电池。所述高倍率电池隔膜包括隔膜本体，隔膜本体具有背对设置的第一面和第二面，第一面分布有复数个第一微孔，第二面分布有复数个第二微孔，第一微孔和第二微孔沿第一方向相连通，隔膜本体内部具有复数个沿第二方向一体形成的中空微结构，中空微结构的至少一端具有与外部连通的开口部，所述第一方向与第二方向相互交叉。本发明实施例提供的高倍率电池隔膜，内部具有一体成形的中空微结构，减少隔膜空隙曲折度和质量，提高隔膜保液量，提高了锂离子在隔膜中迁移速度；以及所述高倍率电池隔膜，孔隙率高、透气性能好、保液量多、可以大幅提高电池高倍率性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池隔膜，特别涉及一种高倍率电池隔膜及锂离子二次电池，属于电池技术领域。
背景技术
目前高倍率电池主要从材料纳米化、提高电解液电导率和隔膜孔隙率来进行改善，隔膜在正负极之间，锂离子从正极脱嵌，在电解液中溶剂化，然后通过隔膜进入负极端，去溶剂嵌入负极，整个过程中隔膜阻碍作用大，提高隔膜孔隙率、孔径分布可以大幅提高倍率性能。
现有隔膜制备主要有干法和湿法两种工艺，湿法热相分离工艺，原料混合—加热融化—挤出成薄片—薄片拉伸—萃取造孔，获得的隔膜孔径分布较好，可以做出更薄隔膜(厚度为5-9μm)，适合高倍率，但是其孔径曲折度高，不利于锂离子快速迁移。截面如图1所示。
为了提高降低孔径曲折度，人们通过在隔膜上涂覆具有中空结构的材料涂层或定向排布中空材料形成隔膜进行改善，虽然取得一定效果，但是额外的中空材料涂层增加了多余工序、提高工艺难度、成本、隔膜重量，影响电池能量密度提升。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高倍率电池隔膜及锂离子二次电池，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种高倍率电池隔膜，包括隔膜本体，所述隔膜本体具有背对设置的第一面和第二面，所述第一面分布有复数个第一微孔，所述第二面分布有复数个第二微孔，所述第一微孔和第二微孔沿第一方向相连通，所述隔膜本体内部具有复数个沿第二方向一体形成的中空微结构，所述中空微结构的至少一端具有与外部连通的开口部，所述第一方向与第二方向相互交叉。
进一步的，所述中空微结构为中空柱状结构。
优选的，所述开口部的形状包括圆形、椭圆形和长方形中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述开口部的直径为2-3μm；。
更进一步的，相邻两个所述中空微结构之间的间距为1-2μm。
进一步的，复数个所述中空微结构与隔膜本体的体积之比为5-9：25。
进一步的，复数个所述中空微结构呈矩阵分布。
优选的，所述第一方向与第二方向相垂直。
进一步的，所述第一微孔和第二微孔均包括纳米孔和微米孔，所述微米孔之间通过纳米孔连通。
更进一步的，所述微米孔的孔径0.09-0.12μm，所述纳米孔的孔径为10-20nm。
进一步的，所述第一面和第二面的孔隙率为35％-45％。
本发明实施例还提供了一种锂离子二次电池，包括所述的高倍率电池隔膜。
与现有技术相比，本发明的优点包括：本发明实施例提供的高倍率电池隔膜，内部具有一体成形的中空微结构，减少隔膜空隙曲折度和质量，提高隔膜保液量，提高了锂离子在隔膜中迁移速度，即提高锂离子在隔膜厚度方向迁移速度；以及本发明实施例提供的高倍率电池隔膜，孔隙率高、透气性能好、保液量多、可以大幅提高电池高倍率性能。
附图说明
图1是现有电池隔膜的截面图；
图2本发明一典型实施案例中一种高倍率电池隔膜的横截面结构示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种高倍率电池隔膜，包括隔膜本体，所述隔膜本体具有背对设置的第一面和第二面，所述第一面分布有复数个第一微孔，所述第二面分布有复数个第二微孔，所述第一微孔和第二微孔沿第一方向相连通，所述隔膜本体内部具有复数个沿第二方向一体形成的中空微结构，所述中空微结构的至少一端具有与外部连通的开口部，所述第一方向与第二方向相互交叉。
进一步的，所述中空微结构为中空柱状结构。
优选的，所述开口部的形状包括圆形、椭圆形和长方形中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述开口部的直径为2-3μm；。
更进一步的，相邻两个所述中空微结构之间的间距为1-2μm。
进一步的，复数个所述中空微结构与隔膜本体的体积之比为5-9：25。
进一步的，复数个所述中空微结构呈矩阵分布。
优选的，所述第一方向与第二方向相垂直。
进一步的，所述第一微孔和第二微孔均包括纳米孔和微米孔，所述微米孔之间通过纳米孔连通。
更进一步的，所述第微米孔的孔径0.09-0.12μm，所述纳米孔的孔径为10-20nm。
进一步的，所述第一面和第二面的孔隙率为35％-45％。
本发明实施例还提供了一种锂离子二次电池，包括所述的高倍率电池隔膜。
如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
请参阅图1，一种高倍率电池隔膜，包括隔膜本体1，隔膜本体具有背对设置的第一面和第二面，第一面分布有复数个第一微孔，第二面分布有复数个第二微孔，第一微孔和第二微孔沿第一方向(即厚度方向)相连通，隔膜本体1内部具有复数个沿第二方向(即长度方向)一体形成的中空微结构2，中空微结构的至少一端具有与外部连通的开口部，中空微结构与隔膜本体的体积之比为5-9：25，其中第一方向与第二方向相互垂直。第一面和第二面的孔隙率为35％-45％，第一微孔和第二微孔均包括纳米孔和微米孔，所述微米孔之间通过纳米孔连通。
具体的，中空微结构可以是中空圆柱结构，其直径为2-3μm，相邻两个中空圆柱结构之间的间距为1-2μm。
具体的，倍率电池隔膜可以采用如下方法形成，提供一种成孔板，其包括壳体，壳体内具有两端开口的长方形容腔，容腔内设置有成孔支架，成孔支架包括沿容腔径向方向设置的隔板，隔板将容腔分隔形成同轴设置的第一腔体和第二腔体，隔板上分布有复数个微缝隙，相邻两个微缝隙之间固定设置有沿容腔轴向方向延伸形成的成孔柱，成孔柱设置于第二腔体内，其相邻两个成孔柱之间相互不接触。将隔膜浆料从第一腔体加入，第一腔体可以加热，保证浆料的流动性，浆料由隔板身上带的微缝隙进入第二腔体，浆料包覆成孔柱，在第二腔体冷却处理，使浆料冷却形成玻璃态，最终形成具有中空结构的隔膜。
具体的，当注液时，电解液通过隔膜的第一面和第二面进入到中空微结构中，提高了隔膜保液量；当充放电时，锂离子通过隔膜的第一面进入中空微结构中的电解液，在其中迁移速度大幅提升，然后通过隔膜的第二面，完成传输；
本发明在湿法工艺上进行改善实施，湿法热相分离工艺，原料混合—加热融化—挤出成薄片—薄片拉伸—萃取造孔。
实施例
提供本发明提供的高倍率电池隔膜以及现有高倍率电池隔膜，将其置于电解液中，并对两者的性能进行测试。
采用具有20％中空体积的隔膜和传统隔膜进行性能测试，性能对比如表1所示：
表1为具有20％中空体积的隔膜与传统隔膜的性能对比
对比发现，中空隔膜孔隙率、透气度、保液量、电导率都有大幅提升，可以提高电池倍率性能，同时隔膜面密度降低18.8％，对于电池提高能量密度有利。
分别采用上述20％中空体积的隔膜和传统隔膜制成方形LFP电池48173170-120Ah，并分别计作实施例电池和对比例电池，对比性能如表2所示，发现倍率性能、循环寿命有提高、能量密度提高0.33％。
表2为实施例电池和对比例电池的性能对比
本发明实施例提供的高倍率电池隔膜，内部具有一体成形的中空微结构，减少隔膜空隙曲折度和质量，提高隔膜保液量，提高了锂离子在隔膜中迁移速度，即提高锂离子在隔膜厚度方向迁移速度。以及本发明实施例提供的高倍率电池隔膜，孔隙率高、透气性能好、保液量多、可以大幅提高电池高倍率性能。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高倍率电池隔膜，包括隔膜本体，所述隔膜本体具有背对设置的第一面和第二面，所述第一面分布有复数个第一微孔，所述第二面分布有复数个第二微孔，所述第一微孔和第二微孔沿第一方向相连通，其特征在于：所述隔膜本体内部具有复数个沿第二方向一体形成的中空微结构，所述中空微结构的至少一端具有与外部连通的开口部，所述第一方向与第二方向相互交叉；所述中空微结构为中空柱状结构；复数个所述中空微结构与隔膜本体的体积之比为5-9：25；和复数个所述中空微结构呈矩阵分布。
2.根据权利要求1所述的高倍率电池隔膜，其特征在于：所述开口部的形状包括圆形、椭圆形和长方形中的任意一种；和/或，所述开口部的直径为2-3μm。
3.根据权利要求1所述的高倍率电池隔膜，其特征在于：相邻两个所述中空微结构之间的间距为1-2μm。
4.根据权利要求1所述的高倍率电池隔膜，其特征在于：所述第一方向与第二方向相垂直。
5.根据权利要求1所述的高倍率电池隔膜，其特征在于：所述第一微孔和第二微孔均包括纳米孔和微米孔，所述微米孔之间通过纳米孔连通。
6.根据权利要求5所述的高倍率电池隔膜，其特征在于：所述微米孔的孔径0.09-0.12μm，所述纳米孔的孔径为10-20nm。
7.根据权利要求1所述的高倍率电池隔膜，其特征在于：所述第一面和第二面的孔隙率为35％-45％。
8.一种二次电池，其特征在于包括权利要求1-7中任一项所述的高倍率电池隔膜。
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