CN206774609U - 耐高温锂电池隔膜 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种耐高温锂电池隔膜，包括聚酰亚胺基材层和分别设置在聚酰亚胺基材层两侧的导热陶瓷涂层和耐热陶瓷涂层，所述聚酰亚胺基材层设有若干个S形微孔，所述导热陶瓷涂层和所述耐热陶瓷涂层均设有若干个沙漏形微孔，所述S形微孔与所述沙漏形微孔一一对应且相互贯通，所述S形微孔与所述沙漏形微孔的内壁均设置有PTC材料层，所述PTC材料层的熔化温度为95～125℃，所述导热陶瓷涂层的导热系数为大于150W/(m·K)。相比于现有技术，一方面，本实用新型有效提高了隔膜的耐高温性能和电化学性能；另一方面，本实用新型有效保证了使用该隔膜的锂电池的安全性能。

Description

耐高温锂电池隔膜

技术领域

本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种耐高温锂电池隔膜。

背景技术

近年来，随着能源的枯竭和人们对环保的要求，电动汽车产业方面的发展日益迅速。锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命等特点，目前已成为电动汽车用动力能源的首选。但作为动力汽车的关键组成部分，锂离子电池的安全性问题一直是动力汽车的一大障碍，因此锂离子电池的安全问题备受人们关注。

锂离子电池一般由电池壳体、电解液和裸电芯等组成。裸电芯由隔膜、正极片和负极片通过卷绕或者叠片的方式组装而成。其中，在锂离子电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。现有技术中的锂电池隔膜往往由于技术不够成熟，常常会出现锂电池爆炸的问题，其主要原因是锂电池隔膜在耐高温方面存在很大的不足。

其中，隔膜的微孔结构对电池安全性能至关重要，当电池在过度充电或温度过高的情况下，隔膜会关闭孔隙，在电池内部形成断路，限制电流升高，防止温度进一步升高。因此，锂离子电池的安全性通常要求隔膜具有较低的闭孔温度和较高的熔断温度。然而，现有的隔膜一般使用熔点较低的聚烯烃材料，如聚乙烯和聚丙烯的熔点均低于150℃，使得这类材料隔膜制成的锂电池的耐温性能较差，只能在几十度以下使用，不能使用大电流对其进行快速充电，也不能进行大电流放电，这样大大降低了电池的电化学性能和安全性能。

有鉴于此，确有必要对现有的隔膜作进一步的改进，以提高其耐高温性能和安全性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有隔膜耐温性能较低的不足，而提供一种具有耐高温性能和高安全性能的锂电池隔膜。

为了实现上述目的，本实用新型所采用如下技术方案：

一种耐高温锂电池隔膜，包括聚酰亚胺基材层和分别设置在聚酰亚胺基材层两侧的导热陶瓷涂层和耐热陶瓷涂层，所述聚酰亚胺基材层设有若干个S形微孔，所述导热陶瓷涂层和所述耐热陶瓷涂层均设有若干个沙漏形微孔，所述S形微孔与所述沙漏形微孔一一对应且相互贯通，所述S形微孔与所述沙漏形微孔的内壁均设置有PTC材料层，所述PTC材料层的熔化温度为95～125℃，所述导热陶瓷涂层的导热系数为大于150W/(m·K)。

其中，导热陶瓷涂层由导热陶瓷颗粒、粘结剂和分散剂一起混合搅拌制成浆料，通过凹版涂布的方式进行涂布，导热陶瓷颗粒为氧化铍、氮化铝等，分散剂为去离子水，粘结剂为聚丙烯酸；而耐热陶瓷涂层则由耐热陶瓷颗粒、粘结剂和分散剂一起混合搅拌制成浆料，通过凹版涂布的方式进行涂布，耐热陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆等，分散剂为去离子水，粘结剂为聚丙烯酸。

其中，PTC材料可为有机聚合物复合PTC材料或无机金属氧化物PTC材料；有机聚合物复合PTC材料可选为聚乙烯与乙炔黑复合物；无机金属氧化物PTC材料可选为稀土元素钇掺杂的三氧化二钒。

作为本实用新型耐高温锂电池隔膜的一种改进，所述导热陶瓷涂层的孔隙率为40～80％，沙漏形微孔的孔径为0.25～2.5μm。

作为本实用新型耐高温锂电池隔膜的一种改进，所述耐热陶瓷涂层的孔隙率为40～80％，沙漏形微孔的孔径为0.25～2.5μm。

其中，当沙漏形微孔的孔径过小，孔隙率过低时，不利于锂离子的穿梭，会降低锂离子的传输速度；当沙漏形微孔的孔径过大，孔隙率过高时，影响隔膜的结构稳定性，容易造成安全隐患。

作为本实用新型耐高温锂电池隔膜的一种改进，所述聚酰亚胺基材层的孔隙率为30～50％，S形微孔孔径为0.12～1.2μm；当S形微孔的孔径过小，孔隙率过低时，不利于锂离子的穿梭，会降低锂离子的传输速度；当S形微孔的孔径过大，孔隙率过高时，影响隔膜的结构稳定性，容易造成安全隐患。

作为本实用新型耐高温锂电池隔膜的一种改进，所述PTC材料层的厚度为0.06-0.12μm；PTC材料层厚度值太小，达到其熔化温度时无法及时关闭微孔；PTC材料层厚度值太高，会使微孔孔径变小，降低锂离子的穿梭速率。

作为本实用新型耐高温锂电池隔膜的一种改进，所述聚酰亚胺基材层的厚度为5～30μm；聚酰亚胺基材层厚度值太小，不利于改善隔膜的耐温性能；聚酰亚胺基材层厚度值太高，会降低电池的能量密度。

作为本实用新型耐高温锂电池隔膜的一种改进，所述导热陶瓷涂层和所述耐热陶瓷涂层的厚度均为1～10μm；导热陶瓷涂层和耐热陶瓷涂层厚度值太小，不利于改善隔膜的热稳定性；导热陶瓷涂层和耐热陶瓷涂层厚度值太高，会降低电池的能量密度。

相比于现有技术，本实用新型至少具有以下有益效果：

1)使用聚酰亚胺作为锂电池隔膜的基材，其耐热性能相对于传统的PP、PE或PET膜大幅提高，能在230℃下长时间使用，且短时可耐受高达400℃的高温。因此，将其应用于锂电池中，可以采用大电流对其进行充电，也可以对其进行大电流放电，充放电电流是目前市售主流锂电池的2倍以上。

2)通过在聚酰亚胺基材上设置耐热陶瓷涂层能够提高隔膜的耐热性能和机械强度，这样即使是在高温下该隔膜热膨胀现象非常的小，仍然可以保持其形状，不会存在爆炸的隐患，提高了锂电池的安全性能；而在含有耐热陶瓷涂层的聚酰亚胺基材上加设导热陶瓷涂层，则能够有效提高隔膜的导热性能，当电池因受穿刺、撞击、挤压等而发生局部过热时，导热陶瓷涂层可将隔膜局部受到的热量迅速传导并分散到整个隔膜，从而抑制隔膜局部发生热收缩，进一步提高了隔膜的耐高温性能。

3)通过在隔膜设置沙漏形微孔和S形微孔，有效提高了隔膜的挂液能力以及加速了电解质离子在正负极间的穿梭效率；而在沙漏形微孔和S形微孔的内壁设置熔化温度为95～125℃的PTC材料层，由于PTC材料是一种典型的具有温度敏感性的材料，超过其熔化温度时，PTC材料熔化并关闭沙漏形微孔和S形微孔以阻止电化学反应进一步进行，其起到了保险丝的作用，有效保证了隔膜的安全性能。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1-聚酰亚胺基材层；2-导热陶瓷涂层；3-耐热陶瓷涂层；4-S形微孔；5-沙漏形微孔；6-PTC材料层。

具体实施方式

下面结合实施方式和说明书附图，对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，一种耐高温锂电池隔膜，包括聚酰亚胺基材层1和分别设置在聚酰亚胺基材层1两侧的导热陶瓷涂层2和耐热陶瓷涂层3，其中，导热陶瓷涂层2由导热陶瓷颗粒、粘结剂和分散剂一起混合搅拌制成浆料，导热陶瓷颗粒为氧化铍、氮化铝等，分散剂为去离子水，粘结剂为聚丙烯酸，将所制浆料通过凹版涂布的方式涂布在聚酰亚胺基材层1的一侧；相类似的，耐热陶瓷涂层3则由耐热陶瓷颗粒、粘结剂和分散剂一起混合搅拌制成浆料，耐热陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆等，分散剂为去离子水，粘结剂为聚丙烯酸，将所制浆料通过凹版涂布的方式涂布在聚酰亚胺基材层1的另一侧，所得导热陶瓷涂层2的导热系数大于150W/(m·K)。

聚酰亚胺基材层1设有若干个S形微孔4，导热陶瓷涂层2和耐热陶瓷涂层3均设有若干个沙漏形微孔5，S形微孔4与沙漏形微孔5一一对应且相互贯通，S形微孔4与沙漏形微孔5的内壁均设置有PTC材料层6，PTC材料层6的熔化温度为95～125℃；其中，PTC材料可为聚乙烯与乙炔黑复合物或稀土元素钇掺杂的三氧化二钒。

在根据本实用新型的耐高温锂电池隔膜的一实施例中，导热陶瓷涂层2和耐热陶瓷涂层3的孔隙率均为40～80％，沙漏形微孔5的孔径为0.25～2.5μm；当沙漏形微孔5的孔径过小，孔隙率过低时，不利于锂离子的穿梭，会降低锂离子的传输速度；当沙漏形微孔5的孔径过大，孔隙率过高时，影响隔膜的结构稳定性，容易造成安全隐患。

在根据本实用新型的耐高温锂电池隔膜的一实施例中，聚酰亚胺基材层1的孔隙率为30～50％，S形微孔4孔径为0.12～1.2μm；当S形微孔4的孔径过小，孔隙率过低时，不利于锂离子的穿梭，会降低锂离子的传输速度；当S形微孔4的孔径过大，孔隙率过高时，影响隔膜的结构稳定性，容易造成安全隐患。

在根据本实用新型的耐高温锂电池隔膜的一实施例中，PTC材料层6的厚度为0.06-0.12μm；PTC材料层6厚度值太小，达到其熔化温度时无法及时关闭微孔；PTC材料层6厚度值太高，会使微孔孔径变小，降低锂离子的穿梭速率。

在根据本实用新型的耐高温锂电池隔膜的一实施例中，聚酰亚胺基材层1的厚度为5～30μm；聚酰亚胺基材层1厚度值太小，不利于改善隔膜的耐温性能；聚酰亚胺基材层1厚度值太高，会降低电池的能量密度。

在根据本实用新型的耐高温锂电池隔膜的一实施例中，导热陶瓷涂层2和耐热陶瓷涂层3的厚度均为1～10μm；导热陶瓷涂层2和耐热陶瓷涂层3厚度值太小，不利于改善隔膜的热稳定性；导热陶瓷涂层2和耐热陶瓷涂层3厚度值太高，会降低电池的能量密度。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (7)

1.一种耐高温锂电池隔膜，其特征在于：包括聚酰亚胺基材层和分别设置在聚酰亚胺基材层两侧的导热陶瓷涂层和耐热陶瓷涂层，所述聚酰亚胺基材层设有若干个S形微孔，所述导热陶瓷涂层和所述耐热陶瓷涂层均设有若干个沙漏形微孔，所述S形微孔与所述沙漏形微孔一一对应且相互贯通，所述S形微孔与所述沙漏形微孔的内壁均设置有PTC材料层，所述PTC材料层的熔化温度为95～125℃，所述导热陶瓷涂层的导热系数为大于150W/(m·K)。

2.根据权利要求1所述的耐高温锂电池隔膜，其特征在于：所述导热陶瓷涂层的孔隙率为40～80％，沙漏形微孔的孔径为0.25～2.5μm。

3.根据权利要求1所述的耐高温锂电池隔膜，其特征在于：所述耐热陶瓷涂层的孔隙率为40～80％，沙漏形微孔的孔径为0.25～2.5μm。

4.根据权利要求1所述的耐高温锂电池隔膜，其特征在于：所述聚酰亚胺基材层的孔隙率为30～50％，S形微孔的孔径为0.12～1.2μm。

5.根据权利要求1所述的耐高温锂电池隔膜，其特征在于：所述PTC材料层的厚度为0.06-0.12μm。

6.根据权利要求1所述的耐高温锂电池隔膜，其特征在于：所述聚酰亚胺基材层的厚度为5～30μm。

7.根据权利要求1所述的耐高温锂电池隔膜，其特征在于：所述导热陶瓷涂层和所述耐热陶瓷涂层的厚度均为1～10μm。