CN206271796U

CN206271796U - 一种锂离子电池复合隔膜

Info

Publication number: CN206271796U
Application number: CN201621094988.3U
Authority: CN
Inventors: 王巍
Original assignee: TIANJIN SINOPOLY NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TIANJIN SINOPOLY NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2026-09-29

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池复合隔膜。该复合隔膜至少包括一加强层、一无机颗粒层和一无纺布基层。本实用新型的隔膜综合性能优异：耐高温，至少在200℃不熔化；热收缩率高，可防止异物或锂枝晶刺破基材，改善了电池安全性能；透气度高；热稳定性好、孔隙率高，其吸液量及电解液保持能力较传统聚烯烃膜有大幅提升；机械强度、抗拉强度与穿刺强度均得到很大提升，可改善无纺布隔膜在电池制备过程中短路率高的问题；此外，从加工性能考虑，可避免无纺布隔膜电池假短路现象的发生，提高了工作效率及良品准确率；同时便于筛查电芯短路，可满足锂离子电池的低自放电率、低短路率、长循环以及高安全性能等需求。

Description

一种锂离子电池复合隔膜

技术领域

本实用新型涉及一种锂离子电池复合隔膜。

背景技术

锂离子电池已广泛用于消费电子、电动工具和电动车等行业，具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、功率高和绿色环保等优点。随着锂离子电池应用越来越广泛，其面临更高能量密度及更高安全性能的挑战。隔膜是锂离子电池重要原材料之一，隔膜的厚度、耐热性、机械强度和孔隙率等指标对电池的能量密度、安全性能、内阻及功率性能等具有重要的影响。

目前，锂离子电池隔膜多为聚烯烃材质，包括聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)等。传统PE隔膜的闭孔温度在130℃左右，破膜温度在140℃左右；传统PP隔膜的闭孔温度在145℃左右，破膜温度在170℃左右。传统PE隔膜与PP隔膜，不仅热收缩率较高，设计电池时隔膜预留尺寸较大，而且体积能量密度小，一旦发生热失控，电池温度会迅速攀升。近几年，陶瓷隔膜逐渐兴起，在聚烯烃膜外面涂覆陶瓷涂层可以有效改善隔膜的热稳定性，从而在一定程度上改善电池的安全性能，但是其远远不能满足电池热失控时对隔膜的低热收缩率的需求。

无纺布隔膜耐热性优势明显高于聚烯烃隔膜，其基材通常选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称PET，熔点高达250℃)、聚酰亚胺(简称PI，熔点超过500℃)和纤维素(熔点340℃)，同时，由于其三维孔结构，可有效提高保液率，近几年越来越受到锂电池业的关注。但无纺布隔膜的抗拉强度与穿刺强度均低于聚烯烃隔膜，加工过程中容易破损，易造成电池的短路率增加的缺陷；而且，由于无纺布隔膜的造孔不均匀、孔隙率较高，透气度较大，易导致无纺布隔膜电池的自放电率增加，其容量保持率及恢复率均难以与聚烯烃隔膜媲美。此外，无纺布隔膜电池一般采用传统测试短路的方法，很难判断芯包是否真的短路，给良品电池筛选造成很大困扰，也为后续电池出货埋下安全隐患。为解决上述问题，目前现有技术中也存在多层复合膜，但其结构简单，隔膜功能性不够全面，无法满足电池对隔膜的各方面要求。例如中国专利文献CN204361159U中公开了一种锂电池隔膜，该隔膜为在无纺布基材的上下表面分别设有一高分子材料，虽然该隔膜的性能有一定的提高，但是其隔膜功能性不够全面；中国专利文献CN104466065A也公开了一种锂电池隔膜，其无纺布基层是陶瓷复合聚丙烯纤维制成的，两侧同时压合聚乙烯薄膜，该专利基材虽是无纺布，但材质聚丙烯无法承受180℃以上高温，隔膜热收缩效果不理想。上述问题亟待解决。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术的缺陷中无纺布隔膜的拉伸强度和穿刺强度低；加工过程中易破损，造成电池的短路率增加；孔隙不均匀，孔隙率较高，透气度较大，易导致无纺布隔膜电池的自放电率增加，容量保持率和恢复率低；以及现有的复合隔膜结构简单，隔膜功能性不够全面，无法满足电池对隔膜的各方面要求的缺陷，提供了一种锂离子电池复合隔膜。本实用新型的复合隔膜综合性能优异，如耐高温、热收缩率高、热稳定性好、孔隙率高，机械强度、抗拉强度与穿刺强度得到很大提升，吸液量及电解液保持能力较传统聚烯烃膜有大幅提升，可改善电池的安全性能、透气度、电池制备过程中短路率高的问题。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题。

本实用新型提供了一种锂离子电池复合隔膜，其至少包括一加强层、一无机颗粒层和一无纺布基层。

其中，所述锂离子电池复合隔膜较佳地为结构一，所述结构一包括依次连接的：第一加强层、第一无机颗粒层和无纺布基层。较佳地所述结构一中还包括依次连接的第二无机颗粒层和/或第二加强层，其中，所述无纺布基层与“第二无机颗粒层或第二加强层”连接。

其中，所述锂离子电池复合隔膜较佳地为结构二，所述结构二包括依次连接的：第一加强层、无纺布基层和第一无机颗粒层。

其中，所述锂离子电池复合隔膜较佳地为结构三，所述结构三包括依次连接的：第一无机颗粒层、第一加强层和无纺布基层。较佳地所述结构三中还包括依次连接的第二加强层和/或第二无机颗粒层，其中，所述无纺布基层与“第二加强层或第二无机颗粒层”连接。

其中，所述加强层均为多孔结构，其材质可为本领域常规，较佳地为聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。

其中，所述加强层的厚度可为本领域常规，较佳地为0.5～20μm，更佳地为5～10μm。

其中，所述加强层的孔隙率可为本领域常规，较佳地为10～80％，更佳地为10～60％，最佳地为20～40％。

其中，所述加强层的孔径可为本领域常规，较佳地为0.01～2μm，更佳地为0.02～0.2μm，最佳地为0.05μm～0.1μm。

其中，所述无机颗粒层的材质可为本领域常规，较佳地为三氧化二铝、二氧化钛、氧化锆、氧化硅、氧化铈、硫酸盐和硅酸盐中的一种或多种。所述硫酸盐为本领域常规，较佳地为硫酸钡。根据本领域常识可知，所述无机颗粒层是与粘合剂混合后，再与所述无纺布基层或所述加强层进行粘结的。

其中，所述无机颗粒层的厚度可为本领域常规，较佳地为0.5～30μm，更佳地为1～4μm，最佳地为3μm。

其中，所述无纺布基层的材质可为本领域常规，一般是由纤维纺丝或织造而成，较佳地为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、纤维素、聚酰胺(PA)、芳纶或氨纶。

其中，所述无纺布基层的厚度可为本领域常规，较佳地为5～110μm，更佳地为5～70μm，最佳地为10～20μm。

其中，所述无纺布基层的孔隙率可为本领域常规，较佳地为5～90％，更佳地为10～70％，最佳地为20～60％。

其中，所述无纺布基层的孔径可为本领域常规，较佳地为0.01～50μm，更佳地为0.1～1μm，最佳地为0.5μm。

上述加强层的材料、无机颗粒层的材料和无纺布基层的材料均为本领域内常规市售可得。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型的隔膜综合性能优异：耐高温，至少在200℃不熔化；热收缩率高，可防止异物或锂枝晶刺破基材，改善了电池安全性能；透气度高；热稳定性好、孔隙率高，其吸液量及电解液保持能力较传统聚烯烃膜有大幅提升；机械强度、抗拉强度与穿刺强度均得到很大提升，可改善无纺布隔膜在电池制备过程中短路率高的问题；此外，从加工性能考虑，可避免无纺布隔膜电池假短路现象的发生，提高了工作效率及良品准确率；同时便于筛查电芯短路，可满足锂离子电池的低自放电率、低短路率、长循环以及高安全性能等需求。

附图说明

图1为实施例1的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，11为第一加强层，12为第一无机颗粒层和13为无纺布基层。

图2为实施例2的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，21为第一加强层，22为第一无机颗粒层、23为无纺布基层、24为第一无机颗粒层和25为第一加强层。

图3为实施例3的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，31为第一加强层，32为无纺布基层和33为第一无机颗粒层。

图4为实施例4的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，41为第一加强层，42为第一无机颗粒层、43为无纺布基层、44为第二加强层和45为第二无机颗粒层。

图5为实施例5的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，51为第一加强层，52为第一无机颗粒层、53为无纺布基层和54为第二无机颗粒层。

图6为实施例6的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，61为第一加强层，62为第一无机颗粒层、63为无纺布基层和64为第二加强层。

图7为实施例7的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，71为第一无机颗粒层，72为第一加强层、73为无纺布基层、74为第二加强层和75为第二无机颗粒层。

图8为实施例8的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，81为第一无机颗粒层，82为第一加强层、83为无纺布基层和84为第二加强层。

图9为实施例9的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，91为第一无机颗粒层，92为第一加强层、93为无纺布基层和94为第二无机颗粒层。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

实施例1

图1为实施例1的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，11为加强层，12为无机颗粒层和13为无纺布基层。

加强层的材质为PP，厚度为5μm，孔隙率为20％，孔径为0.05μm；

无机颗粒层的材质为三氧化二铝，厚度为1μm；

无纺布基层的材质为PET，厚度为10μm，孔隙率为10％，孔径为0.1μm。

实施例2

图2为实施例2的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，21为第一加强层，22为第一无机颗粒层、23为无纺布基层、24为第二无机颗粒层和25为第二加强层。

第一加强层、第二加强层的材质为PE，厚度为5μm，孔隙率为40％，孔径为0.1μm；

第一无机颗粒层、第二无机颗粒层的材质为三氧化二铝，厚度为3μm；

无纺布基层的材质为PET，厚度为15μm，孔隙率为50％，孔径为0.5μm。

实施例3

图3为实施例3的锂离子电池复合隔膜的结构示意图，其中，31为加强层，32为无纺布基层和33为无机颗粒层。

加强层的材质为聚酰胺，厚度为10μm，孔隙率为60％，孔径为0.2μm；

无纺布基层的材质为芳纶，厚度为20μm，孔隙率为60％，孔径为1μm；

无机颗粒层的材质为硫酸钡，厚度为4μm。

实施例4

第一加强层、第二加强层的材质为聚偏氟乙烯，厚度为20μm，孔隙率为80％，孔径为0.1μm；

第一无机颗粒层、第二无机颗粒层的材质为氧化铈，厚度为30μm；

无纺布基层的材质为聚酰亚胺，厚度为5μm，孔隙率为90％，孔径为0.01μm。

实施例5

第一加强层的材质为聚偏氟乙烯，厚度为0.5μm，孔隙率为10％，孔径为0.01μm；

第一无机颗粒层、第二无机颗粒层的材质为硅酸盐，厚度为0.5μm；

无纺布基层的材质为氨纶，厚度为110μm，孔隙率为5％，孔径为50μm。

实施例6

第一加强层、第二加强层的材质为聚四氟乙烯，厚度为0.5μm，孔隙率为10％，孔径为0.02μm；

第一无机颗粒层的材质为氧化硅，厚度为0.5μm；

无纺布基层的材质为聚对苯二甲酸丁二酯，厚度为70μm，孔隙率为20％，孔径为0.1μm。

实施例7

第一加强层、第二加强层的材质为聚偏氟乙烯，厚度为20μm，孔隙率为10％，孔径为2μm；

第一无机颗粒层、第二无机颗粒层的材质为氧化锆，厚度为4μm；

无纺布基层的材质为纤维素，厚度为15μm，孔隙率为10％，孔径为0.5μm。

实施例8

第一加强层、第二加强层的材质为聚偏氟乙烯，厚度为20μm，孔隙率为10％，孔径为0.1μm；

第一无机颗粒层的材质为氧化锆，厚度为4μm；

实施例9

第一加强层的材质为聚偏氟乙烯，厚度为20μm，孔隙率为10％，孔径为0.02μm；

第一无机颗粒层、第二无机颗粒层的材质为二氧化钛，厚度为4μm；

无纺布基层的材质为聚酰胺，厚度为15μm，孔隙率为10％，孔径为0.5μm。

效果实施例

实施例1～9制得的锂离子电池隔膜综合性能优异：耐高温，至少在200℃不熔化；热收缩率高，可防止异物或锂枝晶刺破基材，改善了电池安全性能；透气度高；热稳定性好、孔隙率高，其吸液量及电解液保持能力较传统聚烯烃膜有大幅提升；机械强度、抗拉强度与穿刺强度均得到很大提升，可改善无纺布隔膜在电池制备过程中短路率高的问题；此外，从加工性能考虑，可避免无纺布隔膜电池假短路现象的发生，提高了工作效率及良品准确率；同时便于筛查电芯短路，可满足锂离子电池的低自放电率、低短路率、长循环以及高安全性能等需求。

Claims

1.一种锂离子电池复合隔膜，其特征在于，其至少包括一加强层、一无机颗粒层和一无纺布基层；所述锂离子电池复合隔膜为结构一，所述结构一包括依次连接的：第一加强层、第一无机颗粒层和无纺布基层。

2.如权利要求1所述的锂离子电池复合隔膜，其特征在于，所述结构一中，还包括依次连接的第二无机颗粒层和/或第二加强层，其中，所述无纺布基层与“第二无机颗粒层或第二加强层”连接。

3.如权利要求1或2所述的锂离子电池复合隔膜，其特征在于，所述加强层的材质为聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯；

所述无机颗粒层的材质为三氧化二铝、二氧化钛、氧化锆、氧化硅、氧化铈、硫酸盐和硅酸盐中的一种或多种；

和/或，所述无纺布基层的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二酯、纤维素、聚酰胺、芳纶或氨纶。

4.如权利要求3所述的锂离子电池复合隔膜，其特征在于，所述加强层的厚度为0.5～20μm；所述加强层的孔隙率为10～80％；所述加强层的孔径为0.01～2μm；

所述无机颗粒层的厚度为0.5～30μm；

所述无纺布基层的厚度为5～110μm；

所述无纺布基层的孔隙率为5～90％；

和/或，所述无纺布基层的孔径为0.01～50μm。

5.如权利要求4所述的锂离子电池复合隔膜，其特征在于，所述加强层的厚度为5～10μm；

所述加强层的孔隙率为10～60％；

所述加强层的孔径为0.02～0.2μm；

所述无机颗粒层的厚度为1～4μm；

所述无纺布基层的厚度为5～70μm；

所述无纺布基层的孔隙率为10～70％；

和/或，所述无纺布基层的孔径为0.1～1μm。

6.如权利要求5所述的锂离子电池复合隔膜，其特征在于，所述加强层的孔隙率为20～40％；

所述加强层的孔径为0.05μm～0.1μm；

所述无机颗粒层的厚度为3μm；

所述无纺布基层的厚度为10～20μm；

所述无纺布基层的孔隙率为20～60％；

和/或，所述无纺布基层的孔径为0.5μm。