CN115954612A - 一种耐高温安全性锂离子电池隔膜及其制备方法 - Google Patents
一种耐高温安全性锂离子电池隔膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115954612A CN115954612A CN202310247516.5A CN202310247516A CN115954612A CN 115954612 A CN115954612 A CN 115954612A CN 202310247516 A CN202310247516 A CN 202310247516A CN 115954612 A CN115954612 A CN 115954612A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- polyethylene
- polypropylene
- layer
- lithium ion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 7
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims abstract description 44
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims abstract description 22
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 4
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 24
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
本发明公开了一种耐高温安全性锂离子电池隔膜，该隔膜采用两种不同的聚烯烃复合在一起，利用两种聚烯烃之间熔点不同起到耐高温的作用，双层结构起到安全的作用。将聚丙烯与聚乙烯经过干法拉伸的方式复合在一起，聚丙烯的熔点约160℃，聚乙烯的熔点约130℃，电池温度升高达到120℃时，聚乙烯开始收缩，空隙封闭，而聚丙烯仍保持其力学完整性。聚丙烯与聚乙烯双层结构的优越性在于极片上的微小固体颗粒不易刺穿双层隔膜。通过特定生产工艺该隔膜可以达到普通隔膜的厚度，不会因为隔膜导致电池重量增加，且其柔软性可用于任何形状的锂离子电池电池。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种耐高温安全性锂离子电池隔膜及其制备方法。
背景技术
锂离子电池使用不当容易发生安全事故。例如锂离子电池过充电时，电压较高导致电解液分解失效，继续充电会使电池温度升高，隔膜收缩导致正负极片间接触短路，发生安全事故。锂离子电池过放电时，电解液易析出锂枝晶，附着于极片表面，枝晶颗粒刺穿隔膜，正负极片间短路，发生安全事故。
因此，锂离子电池需要一款安全的隔膜：电池温度升高隔膜不易收缩，正负极片间不会接触短路；锂枝晶颗粒不易刺穿隔膜，导致内部短路，发生安全事故。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种锂离子电池隔膜，不仅结构简单，表面平滑，与正常隔膜无异，且能实现耐高温，防刺穿的功能等。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种耐高温安全性锂离子电池隔膜，包含聚丙烯与聚乙烯两种聚烯烃，聚丙烯层孔隙率约50%，孔径小于0.5μm，厚度8μm，聚乙烯层孔隙率约50%，孔径小于0.5μm，厚度8μm。两种聚烯烃通过干法拉伸复合在一起成为一体，外观表现为一层隔膜。
进一步，所述隔膜的第1层为聚丙烯，密度约0.90g/cm³，熔点约160℃，在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀;第2层为聚乙烯，密度约0.920g/cm³，熔点约130℃，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，电绝缘性优良。
本发明还提供一种耐高温安全性锂离子电池隔膜的制备方法，将聚丙烯与聚乙烯分别进行熔融挤压成基膜，然后挤压，将初具形态的基膜挤压，成为两层结构的一体膜，再经过结晶化热处理，加热到温度略低于所用材料的熔融温度作退火处理，拉伸，拉伸过程中，先冷拉伸，然后再高温拉伸，最终形成多孔结构的耐高温安全性隔膜。
有益效果
（1）电池隔膜使用聚烯烃材质，其具有一定的化学稳定性，可以在电池电解质中保持原状，且具有足够的拉伸强度不易收缩，以满足电极卷绕过程中的力学要求。
（2）电池隔膜使用聚丙烯与聚乙烯两种材料复合而成，实现其耐高温不易收缩、防针刺不会造成电芯内部短路的作用。
（3）电池隔膜经过干法拉伸的工艺制成平整光滑的薄膜，实现在电池生产时可随意折弯与极片良好的贴合。
（4）该隔膜采用聚丙烯（PP）与聚乙烯（PE）分别经过干法双向拉伸工艺后制成复合为一体的双层结构。利用聚丙烯与聚乙烯的熔融温度差异较大（聚丙烯熔融温度约160℃，聚乙烯熔融温度约130℃），来达到耐高温隔膜不会收缩严重，避免正负极片间短路发生安全事故的目的。且双层隔膜由于其结构优势，极片上固体颗粒不易刺穿双层隔膜。
（5） 电池异常温度升高，温度达到120℃时，聚乙烯层开始收缩，随着温度的升高隔膜间孔隙封闭，而聚丙烯一如既往地保证其力学完整性；极片上锂枝晶颗粒或粉尘颗粒经过振动可能刺穿一层隔膜，不易刺穿两层隔膜，可避免电池内部短路的发生。
附图说明
图1是本发明的隔膜的结构示意图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例
如图1所示，1为聚丙烯层，孔隙率约50%，孔径小于0.5μm，厚度8μm，2为聚乙烯层，孔隙率约50%，孔径小于0.5微米，厚度8μm。双层结构在制备时挤压为一体，外观表现为一层隔膜。
其制备流程如下，第一步挤压成型，两种材料分别经过熔融挤压工艺挤压成单轴定向分布的薄膜，此时薄膜成型，厚度较厚。
二次挤压，将第一步挤压成型的聚丙烯薄膜与聚乙烯薄膜叠加，再次挤压，此次挤压的目的是将两种材质挤压为一体，且挤压至工艺要求厚度，这种制造出来的前驱体膜需要有结晶性高的行式排列的条纹分子结构，对后来的微米孔制造至关重要，因为只有叠加排列的条纹才能在拉伸工艺过程中被打开。
然后退火，为了提高薄膜的结晶度，薄膜在进一步经过结晶化热处理，加热到温度略低于所用材料的熔融温度作退火处理。
最后拉伸，双层隔膜先冷拉伸，然后再高温下一步拉伸，形成所需的多孔结构和孔隙率的薄膜。
以上生产流程区别于CN 108336280 A专利所示的使用两种成品隔膜热辊压，本发明专利所示流程更优化，复合更为贴合，且厚度为16μm，更为轻薄。
干法制备薄膜的厚度是16μm，孔隙率50%，最大的孔径＜0.5μm，具有很高的拉伸强度。隔离膜的厚度薄，这对电池的能量密度的提升有积极的帮助作用，空隙的分布可以对防止锂枝晶的生长提供良好的保护作用。良好的拉伸强度在卷绕式电池单体的生产中具有优势。
对本发明制备的耐高温安全性锂离子电池隔膜进行测试，测试其横向热收缩，纵向热收缩，抗拉强度及熔融温度，对比普通单层16μm聚乙烯隔膜和三层复合隔膜，测试数据如下
上表可见复合隔膜性能明显优于单层隔膜，本发明隔膜较三层复合隔膜更为轻薄，还可以达到三层隔膜基本相同的性能甚至某些性能更优，例如纵向抗拉强度。
需要说明的是本申请为双层复合隔膜，以上为聚丙烯与聚乙烯薄膜利用其熔点不同达到高温闭孔断开连接的目的；同样的生产工艺也可以为两层同为聚丙烯或同为聚乙烯的隔膜复合为一体隔膜，达到双层不易刺穿的目的。若存在与上述方案相似的说明，都应视为属于本申请的保护范围。
Claims (3)
1.一种耐高温安全性锂离子电池隔膜，其特征在于：包含聚丙烯与聚乙烯两种聚烯烃，聚丙烯层孔隙率约50%，孔径小于0.5μm，厚度8μm，聚乙烯层孔隙率约50%，孔径小于0.5μm，厚度8μm；两种聚烯烃通过干法拉伸复合在一起成为一体，外观表现为一层隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温安全性锂离子电池隔膜，其特征在于:所述隔膜的第1层为聚丙烯，密度约0.90g/cm³，熔点约160℃，在80℃以下能耐酸、碱、盐液及多种有机溶剂的腐蚀；第2层为聚乙烯，密度约0.920g/cm³，熔点约130℃，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，电绝缘性优良。
3.如权利要求1或2所述的一种耐高温安全性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：将聚丙烯与聚乙烯分别进行熔融挤压成基膜，然后挤压，将初具形态的基膜挤压，成为两层结构的一体膜，再经过结晶化热处理，加热到温度略低于所用材料的熔融温度作退火处理，拉伸，拉伸过程中，先冷拉伸，然后再高温拉伸，最终形成多孔结构的耐高温安全性锂离子电池隔膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310247516.5A CN115954612A (zh) | 2023-03-15 | 2023-03-15 | 一种耐高温安全性锂离子电池隔膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310247516.5A CN115954612A (zh) | 2023-03-15 | 2023-03-15 | 一种耐高温安全性锂离子电池隔膜及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115954612A true CN115954612A (zh) | 2023-04-11 |
Family
ID=87286400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310247516.5A Pending CN115954612A (zh) | 2023-03-15 | 2023-03-15 | 一种耐高温安全性锂离子电池隔膜及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115954612A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1758463A (zh) * | 2004-10-10 | 2006-04-12 | 西安迪纳斯科技有限责任公司 | 用于锂离子二次电池的复合隔膜和使用该隔膜的锂离子二次电池 |
| CN106848151A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-06-13 | 宁波科乐新材料有限公司 | 多层复合聚合物微孔膜的制备方法 |
| CN108305979A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-07-20 | 深圳中兴创新材料技术有限公司 | 复合隔膜及其制备方法和应用 |
| CN109192902A (zh) * | 2018-07-10 | 2019-01-11 | 深圳中兴新材技术股份有限公司 | 一种多级安全防护锂电池隔膜的制备方法及锂电池隔膜 |
-
2023
- 2023-03-15 CN CN202310247516.5A patent/CN115954612A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1758463A (zh) * | 2004-10-10 | 2006-04-12 | 西安迪纳斯科技有限责任公司 | 用于锂离子二次电池的复合隔膜和使用该隔膜的锂离子二次电池 |
| CN106848151A (zh) * | 2016-12-21 | 2017-06-13 | 宁波科乐新材料有限公司 | 多层复合聚合物微孔膜的制备方法 |
| CN108305979A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-07-20 | 深圳中兴创新材料技术有限公司 | 复合隔膜及其制备方法和应用 |
| CN109192902A (zh) * | 2018-07-10 | 2019-01-11 | 深圳中兴新材技术股份有限公司 | 一种多级安全防护锂电池隔膜的制备方法及锂电池隔膜 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 连芳主编: "《电化学储能器件及关键材料》", 北京：冶金工业出版社 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6094711B2 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜、蓄電デバイス用セパレータフィルム、および蓄電デバイス | |
| US10938011B2 (en) | Multilayer microporous separators for lithium ion secondary batteries and related methods | |
| US9281509B2 (en) | Polyolefin microporous membrane and method of producing the same, separator for non-aqueous secondary battery and non-aqueous secondary battery | |
| KR101577383B1 (ko) | 비수 전해질 전지용 세퍼레이터 및 비수 전해질 전지 | |
| WO2021175277A1 (zh) | 电池隔膜及其制备方法、电池和终端 | |
| JP2883726B2 (ja) | 電池用セパレータの製造法 | |
| KR101656413B1 (ko) | 전기화학소자용 분리막의 제조방법 및 그로부터 제조된 전기화학소자용 분리막 | |
| CN102248713B (zh) | 一种聚烯微多孔多层隔膜及其制造方法 | |
| JP6696518B2 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜 | |
| EP2381510A1 (en) | Separator for battery, and non-aqueous lithium battery | |
| WO2016204274A1 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜、蓄電デバイス用セパレータフィルム、および蓄電デバイス | |
| US11557812B2 (en) | Separators, batteries, systems, vehicles, and related methods | |
| CN117461208A (zh) | 隔膜及其制备方法、二次电池和用电设备 | |
| JPWO2018216819A1 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜、蓄電デバイス用セパレータ、及び蓄電デバイス | |
| US6168880B1 (en) | Use of polymer mesh for improvement of safety, performance and assembly of batteries | |
| KR20150030102A (ko) | 전기화학소자용 분리막의 제조방법 및 그로부터 제조된 전기화학소자용 분리막 | |
| CN115954612A (zh) | 一种耐高温安全性锂离子电池隔膜及其制备方法 | |
| JP2011233473A (ja) | 非水系二次電池用セパレータ及びこれを用いた電池 | |
| JP3974264B2 (ja) | 電池用セパレータおよびそれを用いた非水系電解液電池 | |
| KR101821355B1 (ko) | 미세다공성 적층 필름 및 이의 제조방법 | |
| KR101816764B1 (ko) | 전기화학소자용 세퍼레이터의 제조방법 및 그로부터 제조된 전기화학소자용 세퍼레이터 | |
| Cui et al. | The Development of High-Power LIBs Separators | |
| KR20170039949A (ko) | 안전성이 향상된 전기화학소자용 세퍼레이터 및 이를 포함하는 전극조립체 | |
| KR101631249B1 (ko) | 세퍼레이터 및 그 세퍼레이터의 제조방법 | |
| CN114420996A (zh) | 一种含有聚烯烃多层复合隔膜的锂离子电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230411 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |