CN114899551A - 一种复合膜及含有该膜的锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合膜，包括高分子层、表面处理层、金属层、微孔；所述高分子层是最内层，所述表面处理层设置在高分子层的两面，所述金属层镀在表面处理层的外表面，所述微孔贯穿高分子层、表面处理层和金属层。所述高分子层由有机高分子材料、无机材料复合而成；所述无机材料包括导电剂和固态电解质材料；所述高分子层厚度为2‑30μm。本发明提供的复合膜能在提升电性能的基础上，增加电芯能量密度和安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种复合膜及含有该膜的锂离子电池。
背景技术
锂离子二次电池因具有高电压、高能量密度、循环寿命长等优势，成为目前应用范围最广的二次电池。但锂离子电池在一些特殊条件下，如挤压，重物冲击或穿刺等机械破坏时，很容易发生起火爆炸，从而导致其有严重的安全隐患。因此在某些领域极大地限制了其应用发展。
大量研究结果表明，造成这些安全隐患的最大的原因是电池出现了内短路，发生内短路时，锂离子电池在很短的时间内会放出大量的热，从而导致起火爆炸。而电池内短路有很多模式，其中，正极集流体与负极片短路是传热最快也是最危险的模式。
为解决上述问题，许多以高分子聚合物作为基膜的复合集流体得到了广泛的开发，但是这些聚合物均不具备导电性，而且表面还比较光滑，不利于集流体金属直接进行蒸镀，一般还需要添加过渡层或者胶黏层，但这些添加层会影响电池整体的能量密度。也有专利提出通过添加导电剂来提升高分子聚合物薄膜的导电性，其导电性有所增加，但离子传导效率变差。因此，急需一种同时具备一定电子导电性和离子导电性且易于集流体金属附着的高分子复合膜。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种复合膜及含有该膜的锂离子电池，能够同时兼顾工艺易实现且在提升能量密度的前提下，改善锂离子电池的安全性能和电化学性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合膜，包括高分子层、表面处理层、金属层、微孔；所述高分子层是最内层，所述表面处理层设置在高分子层的两面，所述金属层镀在表面处理层的外表面，所述微孔贯穿高分子层、表面处理层和金属层。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，所述高分子层由有机高分子材料、无机材料复合而成；所述无机材料包括导电剂和固态电解质材料；所述高分子层厚度为2-30μm，优选为4-16μm，电阻率为1×10-9～1×10-6Ω·m。
进一步地，所述高分子材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氨酯、环氧树脂或上述材料的改性材料中的至少一种。
进一步地，所述导电剂选自碳黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维、石墨、纳米石墨、石墨烯、富勒烯、导电金属及其氧化物中的至少一种。
进一步地，所述固态电解质材料选自钙钛矿型、反钙钛矿型、NASICON型、LISICON型、Garnet型晶态氧化物、LiPON型玻璃态氧化物，晶态Li4-xA1-xBxS4(A＝Ge、Si，B＝P、Al、Zn)、玻璃态Li2S-P2S5、结晶态LixMyPSz(式中，M为Si、Ge、Sn、P、Al、Zn中的一种或多种，x+4y+5＝2z，0≤y≤1)、玻璃陶瓷态Li2S-P2S5、Li6PS5X(X＝Cl、Br、I)的硫化物或卤化物及上述材料的改性材料中的至少一种。
进一步地，所述有机高分子材料的质量百分比为55％-90％，导电剂的质量百分比为5％-25％，固态电解质的质量百分比为5％-20％。
进一步地，所述表面处理层的处理方式选自电晕处理、电火花处理、等离子处理、镀镍处理、镀ALO处理、化学处理涂层、NaOH浸泡中的一种或多种；所述表面处理层的厚度为0.005-0.05um。
进一步地，所述金属层的材料选自铜、铝、镍、锌、钛、银、不锈钢中的至少一种；优选为铜和铝，铝层厚度为0.5-3μm，铜层厚度为0.5-2μm。
进一步地，所述微孔的直径为0.5-30μm，间距为0.5-10mm。
进一步地，本发明提供一种包含上述复合膜的锂离子电池。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的复合膜中的高分子层具有以下作用：a)增加集流体的导电性，提升锂离子电池的充放电倍率性能；b)解决传统复合集流体基材与金属层之间的粘接问题，不需要新增加粘接剂或附着层；c)增加集流体的拉伸强度及延伸率，不易出现碾压断裂的现象；d)通过增加固态电解质来增加箔材导离子性能，降低电极极化，提升电池的电化学性能，同时降低了锂电池发热量，降低起火的概率，提升电池的安全性。
(2)本发明提供的复合膜中金属层的作用主要是起电子传导作用。
(3)本发明提供的复合膜中的微孔具有以下作用：a)进一步降低集流体的面密度，直接提升重量能量密度；b)增加正负极活性物质与集流体的附着力，提高极片制成合格率；c)改善浆料和电解液与箔材的润湿性；d)箔材通孔后，锂离子的扩散路径可转化为立体全方位穿透，且可通过进入到空隙间的正负极材料与箔材的接触面积，缩小锂离子迁移半径，提高导电效率，有效降低锂离子电池的内阻，减小极化，提升倍率性能及克容量发挥，进而提升电芯的电性能。
具体实施方式
实施例1一种复合膜及包含该复膜的锂离子电池
一种复合膜，包括高分子层、表面处理层、金属层、微孔；所述高分子层是最内层，所述表面处理层设置在高分子层的两面，所述金属层镀在表面处理层的外表面，所述微孔贯穿高分子层、表面处理层和金属层。所述高分子层由有机高分子材料、无机材料复合而成；所述无机材料包括导电剂和固态电解质材料；所述高分子层厚度为6μm，电阻率在1×10-9～1×10-6Ω·m。所述高分子材料选用聚酰亚胺，所述导电剂选用Super P碳黑(SP)和碳纳米管(CNT)，所述固态电解质材料选用磷酸钛铝锂Li1.3Al0.3Ti1.7P3O12(LATP)、Li10GeP2S12(LGPS)和锂镧锆氧Li7La3Zr2O12(LLZO)。所述有机高分子材料的质量百分比优选为55％-90％(样品制备和测试范围为0％-95％)，导电剂的质量百分比优选为5％-25％(样品制备和测试范围为0％-30％)，固态电解质的质量百分比优选为5％-20％(样品制备和测试范围为0％-25％)。表面处理层的处理方式选用电晕处理，表面处理层的厚度为0.01um。金属层的材料选用铜和铝，铝层厚度为1μm，铜层厚度为1μm。微孔的直径为10μm，间距为2mm。
一种锂离子电池，其电池极片包含上述复合膜。
实施例2包含复合膜的锂离子电池的制备方法
1)制备包含复合膜的正极极片：
将高分子材料、导电剂和固态电解质均匀混合，加热熔融搅拌均匀后，通过流延成型后拉伸形成厚度为6μm的高分子层；再将高分子层卷绕在滚筒上，经过电晕处理后置于真空环境下，置入双面往返蒸发镀膜机真空室内进行蒸镀，形成双面厚度均为1μm的导电金属铝层，得到复合膜。再通过高能激光在复合膜表面打孔，得到微孔复合铝膜，用作锂离子电池的正极集流体。
采用96％LCO、2％SP和2％PVDF，以NMP为溶剂，搅拌均匀后涂在上述微孔复合铝膜集流体上，在90℃下烘干后碾压，分切，再在110℃下真空条件下烘干4h，焊接极耳，制成锂离子二次电池正极极片。
常规正极极片：使用常规铝箔作为集流体，其余步骤与上述制备方法相同。
2)制备包含复合膜的负极极片：
将高分子材料、导电剂和固态电解质均匀混合，加热熔融搅拌均匀后，通过流延成型后拉伸形成厚度为6um的复合高分子层；再将复合高分子层卷绕在滚筒上，经过电晕处理后置于真空环境下，置入双面往返蒸发镀膜机真空室内进行蒸镀，形成双面厚度均为1um的导电金属铜层，得到复合薄膜。再通过高能激光在复合薄膜表面打孔，得到微孔复合铜膜，用作锂离子电池的负极集流体。
将石墨、导电剂SP、增稠剂CMC及粘接剂SBR按照质量比96.8:1:1:1.2加入到去离子水中混合均匀制成负极浆料，然后将负极浆料涂布在微孔复合铜膜上，并在85℃下烘干后碾压，分切。再在130℃真空条件下烘干6h，焊接极耳，制成锂离子电池负极极片。
常规负极极片：使用常规铜箔作为集流体，其余步骤与上述制备方法相同。
3)配置电解液：
在充满氩气的手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、丙酸丙酯按质量比2:1:3进行混合，然后向混合溶液中缓慢加入浓度为1mol/L的六氟磷酸锂搅拌均匀后得到锂离子电池电解液。
4)组装锂离子电池：
将上述方法制备得到的正极极片、负极极片与厚度为12μm的聚乙烯隔膜依次层叠卷绕成一个方形的卷芯，并将该卷芯装入聚合物软包电池壳体(材质为铝塑膜)，然后真空烘烤注入电解液，封装后经静置、化成、除气、老化和分容后得到聚合物软包锂离子电池。
实施例3锂离子电池的测试方法
1)0.7C循环性能测试：在25℃下，将化成后的锂离子电池按0.7C恒流恒压充至4.45V，截止电流0.02C，然后搁置10min后，按0.7C恒流放电至3.0V。充放循环直至容量衰减至首次放电比容量的80％以下时停止测试。
2)针刺测试：在25℃下，将分容后的锂离子电池，先0.2C放至3.0V，搁置10min后，以0.5C恒流恒压充至4.45V，0.02C截止。用
的耐高温钢针，以25±5mm/s的速度，从垂直于电池极板的方向贯穿，贯穿位置宜靠近所刺面的几何中心，钢针停留在电池中，观察电池是否有起火，爆炸的现象。
3)重物冲击测试：在25℃下，将分容后的锂离子电池，先0.2C放至3.0V，搁置10min后，以0.5C恒流恒压充至4.45V，0.02C截止。将电池置于平台表面，将直径为15.8±0.2mm的金属棒横置在电池几何中心上表面，采用质量为9.1kg±0.1kg的重物从610mm±25mm的高处自由落体状态撞击放有金属棒的电池表面，并观察6h，是否有起火、爆炸的现象。
4)倍率放电性能测试：在25℃下，将分容后的锂离子电池，先0.2C放至3.0V，搁置10min后，以0.5C恒流恒压充至4.45V，截止0.02C。然后以0.2C/0.5C/1C/1.5C/2C不同倍率放至3.0V。
5)高低温放电性能：在25℃下，将分容后的锂离子电池，先0.2C放至3.0V，搁置10min后，以0.5C恒流恒压充至4.45V，截止0.02C。然后在25℃/55℃/0℃/-10℃/-20℃不同温度下0.2C放至3.0V。
实施例4测试结果
表1-1列出了复合膜的材料的具体用量，按照实施例2提供的制备方法制备出对应的正极极片、负极极片、电解液并组装成锂离子电池，然后按照实施例3提供的测试方法进行测试。为保证数据的准确性，每种电池制备5个(针刺和重物冲击的电池各制备10个)并独立测试，最终测试结果取平均值，测试结果见表1-2、表1-3、表1-4和表1-5。
表1-1集流体组分
表1-2集流体参数
对比正极膜1#与2#/3#/4#/5#/6#，负极膜1#与2#/3#/4#/5#/6#可知：随着无机材料总量的增加，膜片的电阻率降低，抗拉强度增加，延伸率降低。对比正极膜3#与7#和8#，同等无机材料总量，不同的固态电解质对薄膜的性能差别不大。总的来说复合膜的抗拉强度及延伸率均大于纯金属集流体。
表1-3列出了电池样品1-6、9的锂离子电池的性能测试结果以验证不同固态电解质含量在正极薄膜中的影响。对比样品1与样品2-6可知：随着固态电解质含量的增加，电性能有一定的增加，但安全性能会有降低。对比样品9与样品1-6可知：复合膜对电芯的安全性能有一定的提升，适当的增加固态电解质和导电剂含量可做到较纯金属集流体的电性能稍好同时还能兼顾安全性能。
表1-3样品1-6、9的锂离子电池性能测试结果
表1-4列出了电池样品1与10-14的锂离子电池的性能测试结果以验证不同固态电解质含量在负极薄膜中的影响。对比电池样品1与10-14可知：随着固态电解质含量的增加，电性能有一定的增加，但安全性能会有降低。对比样品17与样品10-14可知：复合膜对电芯的安全性能有一定的提升，适当的增加固态电解质和导电剂含量可做到较纯金属集流体的电性能稍好同时还能兼顾安全性能。
表1-4样品1、10-14、17锂离子电池性能测试结果
表1-5列出了样品3、7、8、11、15、16的锂离子电池的性能测试结果以验证不同高分子基材在正负极薄膜中的影响。对比样品3、7、8及11、15、16可知：同等固态电解质含量下，添加不同的固态电解质复合导电正负极薄膜对电芯的性能影响也稍有不同，这可能和固态电解质的导离子性能以及相对锂金属的稳定性有关，优选出LLZO对电芯的性能表现最优。
表1-5样品3、7、8、11、15、16锂离子电池性能测试结果
综上所述，本发明在提升电性能的基础上，优选出增加电芯能量密度和安全性能的复合导电聚酰亚胺薄膜，而且优选出聚酰亚胺、固态电解质与导电剂的含量范围：高分子层中聚酰亚胺的质量百分比为55％-90％，导电剂的质量百分比为5％-25％，固态电解质的质量百分比为5％-20％。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种复合膜，其特征在于，包括高分子层、表面处理层、金属层、微孔；所述高分子层是最内层，所述表面处理层设置在高分子层的两面，所述金属层镀在表面处理层的外表面，所述微孔贯穿高分子层、表面处理层和金属层。
2.根据权利要求1所述的一种复合膜，其特征在于，所述高分子层由有机高分子材料、无机材料复合而成；所述无机材料包括导电剂和固态电解质材料；所述高分子层厚度为2-30μm。
3.根据权利要求2所述的一种复合膜，其特征在于，所述高分子材料选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氨酯、环氧树脂或上述材料的改性材料中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的一种复合膜，其特征在于，所述导电剂选自碳黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维、石墨、纳米石墨、石墨烯、富勒烯、导电金属及其氧化物中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的一种复合膜，其特征在于，所述固态电解质材料选自钙钛矿型、反钙钛矿型、NASICON型、LISICON型、Garnet型晶态氧化物、LiPON型玻璃态氧化物，晶态Li4-xA1-xBxS4、玻璃态Li2S-P2S5、结晶态LixMyPSz、玻璃陶瓷态Li2S-P2S5、Li6PS5X的硫化物或卤化物及上述材料的改性材料中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的一种复合膜，其特征在于，所述有机高分子材料的质量百分比为55％-90％，导电剂的质量百分比为5％-25％，固态电解质的质量百分比为5％-20％。
7.根据权利要求1所述的一种复合膜，其特征在于，所述表面处理层的处理方式选自电晕处理、电火花处理、等离子处理、镀镍处理、镀ALO处理、化学处理涂层、NaOH浸泡中的一种或多种；所述表面处理层的厚度为0.005-0.05um。
8.根据权利要求1所述的一种复合膜，其特征在于，所述金属层的材料选自铜、铝、镍、锌、钛、银、不锈钢中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种复合膜，其特征在于，所述微孔的直径为0.5-30μm，间距为0.5-10mm。
10.一种锂离子电池，其特征在于，含有如权利要求1-9任一项所述的复合膜。
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Citations (9)
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|---|---|---|---|---|
| JP2004164897A (ja) * | 2002-11-11 | 2004-06-10 | Nissan Motor Co Ltd | バイポーラ電池 |
| CN105591055A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-05-18 | 中南大学 | 一种高倍率锂离子电池及其制造方法 |
| CN106298250A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-01-04 | 中南大学 | 一种固态锂离子‑超级电容混合电池 |
| CN109167012A (zh) * | 2018-08-15 | 2019-01-08 | 珠海光宇电池有限公司 | 多层复合结构隔膜及其制备方法和锂硫电池 |
| CN111883778A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-03 | 中航锂电技术研究院有限公司 | 锂离子电池 |
| CN111883777A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-11-03 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种复合集流体及其制备方法、锂电池极片 |
| WO2022007582A1 (zh) * | 2020-07-09 | 2022-01-13 | 湖南立方新能源科技有限责任公司 | 一种锂电池 |
| CN114284639A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-05 | 上海恩捷新材料科技有限公司 | 无机/有机复合的隔膜及其制备方法 |
| CN114335557A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-12 | 蜂巢能源科技有限公司 | 复合箔材及制备方法、集流体和锂离子电池 |
-
2022
- 2022-05-30 CN CN202210597764.8A patent/CN114899551A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004164897A (ja) * | 2002-11-11 | 2004-06-10 | Nissan Motor Co Ltd | バイポーラ電池 |
| CN105591055A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-05-18 | 中南大学 | 一种高倍率锂离子电池及其制造方法 |
| CN106298250A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-01-04 | 中南大学 | 一种固态锂离子‑超级电容混合电池 |
| CN109167012A (zh) * | 2018-08-15 | 2019-01-08 | 珠海光宇电池有限公司 | 多层复合结构隔膜及其制备方法和锂硫电池 |
| WO2022007582A1 (zh) * | 2020-07-09 | 2022-01-13 | 湖南立方新能源科技有限责任公司 | 一种锂电池 |
| CN111883777A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-11-03 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种复合集流体及其制备方法、锂电池极片 |
| CN111883778A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-03 | 中航锂电技术研究院有限公司 | 锂离子电池 |
| CN114335557A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-12 | 蜂巢能源科技有限公司 | 复合箔材及制备方法、集流体和锂离子电池 |
| CN114284639A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-05 | 上海恩捷新材料科技有限公司 | 无机/有机复合的隔膜及其制备方法 |
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