[發明專利]一種聚烯烴復合薄膜及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 200610172297.5
• 申請日: 2006-12-30
• 公開（公告）號: CN101209609A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 陳濤;江林;宮清
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: B32B27/06
• 分類號: B32B27/06;B32B27/08;B32B37/14;B32B38/08;B32B3/24;C08J9/00;H01M2/16
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 王鳳桐;顧映芬

技術領域

本發明是關于一種聚烯烴復合薄膜及其制備方法和用途。

背景技術

鋰離子二次電池以其高比能量、高電壓、體積小、重量輕、無記憶性等優點，近十年來獲得了巨大的發展，已成為通訊類電子產品的主要能源之一。但是，由于在濫用條件下，鋰離子二次電池容易出現冒煙、著火、爆炸、甚至造成人員受傷等安全隱患，使得高容量和動力鋰離子電池還沒有廣泛應用。因此，提高鋰離子電池安全性是研發鋰離子電池的關鍵。

液體電解質鋰離子二次電池一般包括極芯、電池殼體和電解液，所述極芯和電解液密封在電池殼體內，所述極芯包括正極、負極和位于正極和負極之間的隔膜，所述電解液包括電解質和溶解電解質的溶劑。隔膜具有貯液性和絕緣性，用于阻隔正極和負極接觸，從而防止電池的短路。目前常用的隔膜為聚烯烴微孔膜，如聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚丙烯-聚乙烯復合微孔膜等，熔點一般低于200℃，如聚乙烯(PE)微孔膜的閉合溫度為130-140℃、聚丙烯(PP)微孔膜的閉合溫度為170℃左右。這種聚烯烴微孔膜在電池正常使用情況下具有透氣性和透液性，能夠滿足電解液和由電極產生的氣體的從電池的一極到達電池的另一極的要求。但是，當電池在較高溫度如接近聚烯烴微孔膜的熔融溫度時，聚烯烴微孔膜的聚烯烴會發生熔融，從而導致隔膜的微孔結構關閉、阻抗迅速增加而使電流遮斷，起到防止電池爆炸或著火的作用。該溫度稱為隔膜的遮斷(Shut-Down)溫度，又稱閉合溫度。然而，在某些情況下，即使上述隔膜的多孔結構關閉后，由于其他原因電池溫度繼續升高，超過隔膜的耐熱溫度而使隔膜發生完全熔化、破壞，導致正極、負極直接接觸而短路，從而導致電池爆炸或著火。此溫度稱為隔膜的破壞(break-out)溫度。

由此可見，隔膜在鋰離子電池中起到阻止正負極直接接觸短路的作用。為了提高電池的安全性，不僅要求電池隔膜能在常溫下阻止正負極直接接觸短路，同時還要求在高溫下該電池隔膜也能夠阻止正負極直接接觸短路。但現在常用的電池隔膜，如聚乙烯、聚丙烯很難保證高溫下的完整性，爐熱等安全測試中經常出現因電池隔膜收縮造成內部短路、引發熱失控的問題。因此，提高隔膜的耐高溫性能是提高鋰離子二次電池高溫安全性能的關鍵。

JP-A-63-308866公開了通過層壓包括低熔點聚乙烯和高熔點聚丙烯的單層薄膜獲得具有高強度和高溫特性的微孔薄膜的方法。然而，隔膜內阻因層壓升高，因此所得隔膜不適合用于高輸出的高性能電池。

JP-A-10-298325公開了一種多孔薄膜的制備方法，所述多孔薄膜含有低分子量聚乙烯、低分子量聚丙烯和高分子量聚乙烯。這種多孔薄膜機械強度差、耐熱沖擊性能比較差。此外，由于隔膜機械強度低，當電池內部電解質由于熱氣化產生很強的壓力時，容易使薄膜破裂。因此，用這種方法制得的多孔薄膜用于鋰離子二次電池時仍然存在危險性。

JP?2001-59036A提出了一種在停機特性(SD特性)和耐熱性之間具有優良平衡的多孔膜，該多孔膜將聚冰片烯以片狀或葉狀分配在基體聚合物中。然而，盡管該發明獲得了具有高耐熱性和高機械強度的多孔薄膜，但使用聚降冰片烯不僅增加了成本，而且還由于多孔膜通過特殊反應合成，因此存在副產品，導致電池中使用的電解質受影響。此外，由于難以充分控制反應條件，使得聚降冰片烯可能以單凝膠體交聯，因此多孔膜的耐熱性和機械強度仍然可能較差。

CN?1512607A在JP?2001-59036A提出的多孔膜的基礎上提供了一種改進的多孔膜，該多孔膜含有乙烯-丙烯-亞乙基降冰片烯三元共聚物，通過三者的交聯作用提高強度和耐熱性能。但同樣因為使用了超高分子量聚乙烯和降冰片烯提高了成本，而且也是采用傳統的熱塑性材料PE/PP為主，熱收縮率相對較大，不能從根本上很好地解決停機特性與耐熱性能之間的平衡關系，同時從其所描述的內容看，采用超高分子量材料還會引起所謂的“靜電”現象。