CN214848937U - 一种电池隔膜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电池隔膜，所述的电池隔膜包括石墨烯层，所述石墨烯层的一侧表面依次层叠设置有第一聚烯烃层和第一陶瓷层，所述石墨烯层的另一侧表面依次层叠设置有第二聚烯烃层和第二陶瓷层。本实用新型设计的三明治结构电池隔膜中，由于陶瓷层的隔热和支撑作用，使隔膜的耐热性能大幅提升，提高了隔膜的热安全性和电解液对隔膜的浸润性，两侧聚烯烃层有效增加了隔膜强度，降低了隔膜发生损伤的几率，便于隔膜进行长时间的工作，延长了隔膜的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于电池技术领域，涉及一种电池隔膜。
背景技术
锂离子电池广泛应用于电子通讯、储能及动力电源等领域，主要由正极、负极、电解质和电池隔膜构成，其中，电池隔膜是不导电的，位于正极和负极之间，防止二者因接触而短路，同时允许电解质离子通过，从而产生电流.
尽管隔膜不参与电池中的电化学反应，但却是锂电池中关键的内层组件。电池的容量、循环性能和充放电电流密度等关键性能都与隔膜有着直接的关系，隔膜的安全性更是影响锂离子电池安全性的重要因素。
当前的电池隔膜多为具有微孔结构的聚乙烯组合物膜，其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，性能优异的电池隔膜对提高电池的综合性能具有重要作用。随着对锂离子电池性能要求越来越高，单纯聚烯烃材质的隔膜热安全性和保持电解液的能力难以满足要求，研究制备其他材料和聚烯烃的高性能复合隔膜成为目前隔膜改性的最重要的方向。
电池隔膜的性能主要用以下指标来表征：隔断性要求电池隔膜具有隔断性和电子绝缘性，保证正、负极的有效机械隔离；孔隙率要求隔膜具有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子迁移率，对锂离子有很好的透过性；化学稳定性和电稳定性要求隔膜具备耐湿性和耐电解液腐蚀性；浸润性要求隔膜对电解液的浸润性好，并具有较好的吸液保湿能力和离子通透性；力学强度要求隔膜在厚度尽可能小的同时要保证足够的力学性能和抗震性，包括穿刺强度和拉伸强度；安全性要求隔膜要具有热稳定性和自动关断保护性能，包括闭孔温度和破膜温度。电池隔膜的多项性能指标间是相互关联的，想要兼顾多项性能、得到各项指标均较好的电池隔膜目前仍具有较大难度。
CN105552284B公开了一种复合涂层锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述复合涂层锂离子电池隔膜由基膜和涂布于基膜一侧的芳纶涂层和涂布于基膜另一侧的PVDF涂层构成，所述芳纶涂层由芳纶浆料经涂布、浸水、烘干后获得，涂层厚度为0.5～4μm；所述PVDF涂层由水性PVDF浆料经涂布、烘干后获得，涂层厚度为0.1～2μm；
CN207398243U公开了一种锂离子电池复合隔膜，包括隔膜层，所述隔膜层的一侧设置有耐高温涂覆层，隔膜层的另一侧设置有粘结涂覆层；所述隔膜层上贯穿设置有微孔；所述耐高温涂覆层由粒径为0.01～2um的陶瓷粒构成；所述粘结涂覆层由间隔设置的粘结颗粒组构成，粘结颗粒组包括若干个粘结颗粒。
CN211182339U公开了一种锂电池用陶瓷隔膜，包括基膜层，所述基膜层的外侧通过聚氨酯胶粘接有陶瓷材料层，所述陶瓷材料层的外侧通过聚氨酯胶粘接有抗拉层，所述抗拉层包括芳纶纤维层和聚烯烃弹性纤维层，所述抗拉层的外侧通过聚氨酯胶粘接有耐高温层，所述耐高温层包括聚醚酰亚胺层和芳砜纶纤维层，所述耐高温层的外侧通过聚氨酯胶粘接有耐磨层。
目前已知的隔膜中，电池隔膜的导热性和力学性能无法达到理想的性能要求，因此亟需对现有的隔膜结构进行改进，以提高隔膜的导热性能和力学性能。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种电池隔膜，本实用新型设计的三明治结构电池隔膜中，由于陶瓷层的隔热和支撑作用，使隔膜的耐热性能大幅提升，提高了隔膜的热安全性和电解液对隔膜的浸润性，两侧聚烯烃层有效增加了隔膜强度，降低了隔膜发生损伤的几率，便于隔膜进行长时间的工作，延长了隔膜的使用寿命。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供了一种电池隔膜，所述的电池隔膜包括石墨烯层，所述石墨烯层的一侧表面依次层叠设置有第一聚烯烃层和第一陶瓷层，所述石墨烯层的另一侧表面依次层叠设置有第二聚烯烃层和第二陶瓷层。
本实用新型设计的三明治结构电池隔膜中，第一陶瓷层和第二陶瓷层可改善电池隔膜的热收缩性，由于陶瓷层的隔热和支撑作用，使隔膜的耐热性能大幅提升，提高了隔膜的热安全性和电解液对隔膜的浸润性，第一聚烯烃层和第二聚烯烃层有效增加了隔膜强度，提高了隔膜的伸缩率，降低了隔膜发生损伤的几率，便于隔膜进行长时间的工作，延长了隔膜的使用寿命。本实用新型通过陶瓷层和聚烯烃层的配合，在不影响隔膜导电性的基础上，提高了电池隔膜的力学性能和抗热收缩性能，对电池工作中产生的热量可以均匀的扩散分布，降低隔膜被刺破风险，降低正负极短路发生的概率，提高了电芯的安全性。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的第一聚烯烃层的厚度为0.01～11μm，例如可以是0.01μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或11μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的第二聚烯烃层的厚度为0.01～11μm，例如可以是0.01μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或11μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的第一陶瓷层的厚度为0.001～11μm，例如可以是0.001、0.005μm、0.01μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或11μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的第二陶瓷层的厚度为0.001～11μm，例如可以是0.001、0.005μm、0.01μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或11μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的石墨烯层的厚度为0.001～11μm，例如可以是0.001、0.005μm、0.01μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm或11μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的第一聚烯烃层为PP层或PE层。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的第二聚烯烃层为PP层或PE层。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的第一聚烯烃层和第二聚烯烃层的孔隙率分别独立地选自50～60％，例如可以是50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％或60％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的第一聚烯烃层和第二聚烯烃层的孔径分别独立地选自0.5～1.5μm，例如可以是0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1.0μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm或1.5μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
示例性地，本实用新型提供的电池隔膜的采用如下方法制备得到：
(1)通过改性Hummer法制备氧化石墨烯(GO)；
(2)以聚烯烃作为石墨烯载体，与GO混合后得到氧化石墨烯混合浆液；(能不能分散)
(3)将氧化石墨烯混合浆液分别涂覆于石墨烯基材的两侧表面，热压成型后，氧化石墨烯混合浆液中的聚烯烃与氧化石墨烯分离，氧化石墨烯转移至石墨烯基材两侧表面，经还原后得到石墨烯层，聚烯烃则分散至石墨烯层两侧表面，热压成型后形成第一聚烯烃层和第二聚烯烃层；
(4)陶瓷浆料涂覆于第一聚烯烃层表面形成第一陶瓷层，陶瓷浆料涂覆于第二聚烯烃层表面形成第二陶瓷层。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型设计的三明治结构电池隔膜中，第一陶瓷层和第二陶瓷层可改善电池隔膜的热收缩性，由于陶瓷层的隔热和支撑作用，使隔膜的耐热性能大幅提升，提高了隔膜的热安全性和电解液对隔膜的浸润性，第一聚烯烃层和第二聚烯烃层有效增加了隔膜强度，提高了隔膜的伸缩率，降低了隔膜发生损伤的几率，便于隔膜进行长时间的工作，延长了隔膜的使用寿命。本实用新型通过陶瓷层和聚烯烃层的配合，在不影响隔膜导电性的基础上，提高了电池隔膜的力学性能和抗热收缩性能，对电池工作中产生的热量可以均匀的扩散分布，降低隔膜被刺破风险，降低正负极短路发生的概率，提高了电芯的安全性。
附图说明
图1为本实用新型一个具体实施方式提供的电池隔膜的结构示意图。
其中，1-第一陶瓷层；2-第一聚烯烃层；3-石墨烯层；4-第二聚烯烃层；5-第二陶瓷层。
具体实施方式
需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种电池隔膜，所述的电池隔膜包括石墨烯层3，石墨烯层3的一侧表面依次层叠设置有第一聚烯烃层2和第一陶瓷层1，石墨烯层3的另一侧表面依次层叠设置有第二聚烯烃层4和第二陶瓷层5。
第一陶瓷层1、第一聚烯烃层2、石墨烯层3、第二聚烯烃层4和第二陶瓷层5依次层叠形成了三明治结构的电池隔膜，各层在电池隔膜中发挥的作用不同，第一陶瓷层1和第二陶瓷层5主要用于改善电池隔膜的热收缩性，由于陶瓷的隔热和支撑作用，使隔膜的耐热性能大幅提升，提高了隔膜的热安全性和电解液对隔膜的浸润性，第一聚烯烃层2和第二聚烯烃层4主要用于提高隔膜的力学性能，包括拉伸强度和延伸率，降低了隔膜发生损伤的几率，便于隔膜进行长时间的工作，延长了隔膜的使用寿命。通过陶瓷层和聚烯烃层的配合，在不影响隔膜导电性的基础上，提高了电池隔膜的力学性能和抗热收缩性能，对电池工作中产生的热量可以均匀的扩散分布，降低隔膜被刺破风险，降低正负极短路发生的概率，提高了电芯的安全性。
实施例1
本实施例提供了一种电池隔膜，所述的电池隔膜基于一个具体实施方式提供的电池隔膜，其中，第一聚烯烃层2的厚度为8μm，第二聚烯烃层4的厚度为8μm，第一陶瓷层1的厚度为6μm，第二陶瓷层5的厚度为6μm，石墨烯层3的厚度为5μm。
第一聚烯烃层2为PP层，孔隙率为53％，孔径为0.5μm；第二聚烯烃层4为PP层，孔隙率为53％，孔径为0.5μm。
实施例2
本实施例提供了一种电池隔膜，所述的电池隔膜基于一个具体实施方式提供的电池隔膜，其中，第一聚烯烃层2的厚度为5μm，第二聚烯烃层4的厚度为5μm，第一陶瓷层1的厚度为5μm，第二陶瓷层5的厚度为5μm，石墨烯层3的厚度为5μm。
第一聚烯烃层2为PE层，孔隙率为55％，孔径为1μm；第二聚烯烃层4为PE层，孔隙率为55％，孔径为1μm。
实施例3
本实施例提供了一种电池隔膜，所述的电池隔膜基于一个具体实施方式提供的电池隔膜，其中，第一聚烯烃层2的厚度为11μm，第二聚烯烃层4的厚度为11μm，第一陶瓷层1的厚度为11μm，第二陶瓷层5的厚度为11μm，石墨烯层3的厚度为11μm。
第一聚烯烃层2为PP层，孔隙率为60％，孔径为1.5μm；第二聚烯烃层4为PP层，孔隙率为60％，孔径为1.5μm。
实施例4
本实施例提供了一种电池隔膜，所述的电池隔膜包括石墨烯层3，石墨烯层3的一侧表面依次层叠设置有第一聚烯烃层2和第一陶瓷层1，石墨烯层3的另一侧表面依次层叠设置有第二聚烯烃层4和第二陶瓷层5。
第一聚烯烃层2的厚度为8μm，第二聚烯烃层4的厚度为6μm，第一陶瓷层1的厚度为3μm，第二陶瓷层5的厚度为4μm，石墨烯层3的厚度为5μm。
第一聚烯烃层2为PP层，第二聚烯烃层4为PE层。
实施例5
本实施例提供了一种电池隔膜，所述的电池隔膜包括石墨烯层3，石墨烯层3的一侧表面依次层叠设置有第一聚烯烃层2和第一陶瓷层1，石墨烯层3的另一侧表面依次层叠设置有第二聚烯烃层4和第二陶瓷层5。
第一聚烯烃层2的厚度为4μm，第二聚烯烃层4的厚度为3μm，第一陶瓷层1的厚度为1μm，第二陶瓷层5的厚度为2μm，石墨烯层3的厚度为2μm。
第一聚烯烃层2为PE层，第二聚烯烃层4为PP层。
实施例6
本实施例提供了一种电池隔膜，所述的电池隔膜包括石墨烯层3，石墨烯层3的一侧表面依次层叠设置有第一聚烯烃层2和第一陶瓷层1，石墨烯层3的另一侧表面依次层叠设置有第二聚烯烃层4和第二陶瓷层5。
第一聚烯烃层2的厚度为1μm，第二聚烯烃层4的厚度为2μm，第一陶瓷层1的厚度为1μm，第二陶瓷层5的厚度为2μm，石墨烯层3的厚度为1μm。
第一聚烯烃层2为PP层，第二聚烯烃层4为PP层。
对实施例1-6提供的电池隔膜进行力学性能进行综合评价，具体的评价指标包括拉伸强度、穿刺强度、延伸率和热收缩率，测试过程包括：采用拉力测试仪测定电池隔膜的拉伸强度，采用电子拉力机测定电池隔膜的穿刺强度和延伸率，采用电池隔膜热收缩率测试仪测定电池隔膜的热收缩率，测试结果见表1。
申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种电池隔膜，其特征在于，所述的电池隔膜包括石墨烯层，所述石墨烯层的一侧表面依次层叠设置有第一聚烯烃层和第一陶瓷层，所述石墨烯层的另一侧表面依次层叠设置有第二聚烯烃层和第二陶瓷层。
2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述的第一聚烯烃层的厚度为0.01～11μm。
3.根据权利要求2所述的电池隔膜，其特征在于，所述的第二聚烯烃层的厚度为0.01～11μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述的第一陶瓷层的厚度为0.001～11μm。
5.根据权利要求1-3任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述的第二陶瓷层的厚度为0.001～11μm。
6.根据权利要求1-3任一项所述的电池隔膜，其特征在于，所述的石墨烯层的厚度为0.001～11μm。
7.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述的第一聚烯烃层为PP层或PE层。
8.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述的第二聚烯烃层为PP层或PE层。
9.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述的第一聚烯烃层和第二聚烯烃层的孔隙率分别独立地选自50～60％。
10.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述的第一聚烯烃层和第二聚烯烃层的孔径分别独立地选自0.5～1.5μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120723887.2U CN214848937U (zh) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | 一种电池隔膜 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN214848937U true CN214848937U (zh) | 2021-11-23 |
Family
ID=78762905
Family Applications (1)
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| CN202120723887.2U Active CN214848937U (zh) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | 一种电池隔膜 |
Country Status (1)
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2021
- 2021-04-09 CN CN202120723887.2U patent/CN214848937U/zh active Active
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