[發明專利]一種鋰離子二次電池用聚酰亞胺隔膜以及鋰離子電池

無效

• 申請號: 200810218109.7
• 申請日: 2008-12-01
• 公開（公告）號: CN101752539A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 楊衛國;江林;宮清
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01M2/18
• 分類號: H01M2/18;H01M10/36
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種聚酰亞胺隔膜，還涉及使用該隔膜作為電池隔膜的鋰離子電池。

背景技術

迄今，使用液體電解質的鋰離子二次電池已經得到廣泛的應用。然而，由于液體電解質需要包裝在密封的金屬殼中，在某些不當使用的情況下，例如電池在高溫環境下工作時外部熱量通過金屬外殼傳遞到電池內部，或者放電電流較大時電池內部放熱，電池內部或外部會過熱而使電池內壓大幅度增加，因而由于液體電解質熱不穩定而使電池發生爆炸，因此使用液體電解質的鋰離子二次電池存在安全隱患，限制了液體電解質鋰離子二次電池的進一步發展，因此提高鋰離子電池安全性是研發鋰離子二次電池的關鍵。

鋰離子二次電池的安全對策之一是使電流遮斷，其中電池隔膜起到重要的作用，具有多孔結構的聚合物的隔膜在較高溫度下發生熔化，從而導致多孔結構關閉、阻抗迅速增加而使電流遮斷，該溫度稱為遮斷(Shut-Down)溫度，又稱自閉溫度。此外，隔膜的孔關閉后，如果電池溫度繼續升高，超過隔膜的耐熱溫度時，隔膜會發生完全熔化、破壞，導致正極、負極直接接觸而短路，此溫度稱為膜破壞(break-out)溫度。現在常用的電池隔膜如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)由于熔化溫度低于200℃(如PE隔膜的自閉溫度為130-140℃，PP隔膜的自閉溫度為170℃左右)，在某些情況下，例如外部溫度過高、放電電流過大或者電解液受熱過程中的熱慣性的情況下，即使電流被遮斷，電池的溫度也可能繼續升高，因此隔膜可能完全被破壞而導致電池短路，從而導致電池爆炸或著火。因此，采用PE隔膜和PP隔膜的安全性較低。

隨著近年來鋰離子二次電池的發展，高容量電池的需要量越來越大，而當使用高容量電池時，需要降低電池內阻，因而使電池內部熱量增大的因素增加，并因此提高電池的安全性能變得更為重要。

JP11310658A2公開了一種聚酰亞胺隔膜及其制備方法，該制備方法包括，將聚酰胺酸溶液的膜與隔膜層壓，接著將該層壓結構浸入貧溶劑中，獲得孔直徑為0.01-10μm的多孔聚酰亞胺膜。所述隔膜為常規用于電池隔膜的聚烯烴類膜。雖然由該方法制備得到的膜能在一定程度上改善電池隔膜的耐熱性，然而，當溫度超過聚烯烴材料的熔點(如180℃左右)時，聚烯烴材料發生熔化，導致層壓在該聚烯烴類膜上的聚酰亞胺層隨之脫落，該聚酰亞胺隔膜作為電池的隔膜時仍然存在危險性。

CN101000951A公開了一種用作電池隔膜的聚酰亞胺隔膜的制備方法，該方法包括將含有聚酰亞胺、成孔物質和溶劑的溶液成膜，并在低于聚酰亞胺玻璃化溫度下除去成孔物質，然后通過雙向拉伸的方法對聚酰亞胺進行拉伸，使孔定型。所述成孔物質為各種與基材具有優良相容性且能夠在低于基材玻璃化溫度下除去的物質，如非揮發性有機溶劑，如壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、液體石蠟或礦物油。上述方法雖然可以通過成孔物質的逸出來獲得聚酰亞胺膜上的微孔，但是該方法很難徹底除去成孔物質，從而很容易造成聚酰亞胺隔膜的孔徑大小不均勻，且由于通過上述方法制得的隔膜在拉伸過程中會出現通孔，從而造成安全隱患。

發明內容

發明人通過大量的實驗發現，在現有技術中所采用的將聚酰亞胺、成孔物質和溶劑的溶液成膜，并在低于聚酰亞胺玻璃化溫度下除去成孔物質，然后通過雙向拉伸的方法對聚酰亞胺進行拉伸，使孔定型的方法，存在很難徹底除去成孔物質，從而造成聚酰亞胺隔膜的孔徑大小不均勻的缺點，而孔徑的分布的不均勻直接影響了隔膜的整體性能。

而現有技術中的電池隔膜多為熱塑性高分子材料，較聚酰亞胺易被鋰枝晶刺穿，且容易在高溫時發生熔化收縮，而導致電池短路，甚至爆炸。

本發明的目的在于克服上述現有技術中的聚酰亞胺膜的孔徑大小不均勻的缺點，以及現有技術中電池隔膜抗刺穿性能及高溫安全性能差的缺陷，提供一種孔徑分布均勻的，內部具有曲折連通通道的安全性能好的聚酰亞胺隔膜，還提供了一種使用該隔膜作為電池隔膜的鋰離子電池。

本發明提供了一種鋰離子二次電池用聚酰亞胺隔膜，其特征在于，沿聚酰亞胺隔膜厚度的方向上，所述聚酰亞胺隔膜具有第一表面和第二表面，且所述第一表面至第二表面由曲折孔道相連通，曲折孔道由貫通孔相互連接形成；采用壓汞法測得該聚酰亞胺隔膜的孔徑分布為，直徑為40-280納米的孔的孔體積占總孔體積的78％以上。

本發明還提供了一種鋰離子電池，該電池包括電池外殼和封裝在該外殼內部的電極組和電解液，所述電極組包括依次卷繞或疊置的正極、隔膜和負極，其中，所述隔膜為本發明提供的聚酰亞胺隔膜。