[發明專利]一種高安全性隔膜及采用該隔膜的高容量鋰離子動力電池

無效

• 申請號: 201210166983.7
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN103456908A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 嚴紅;陳軍;高地
• 申請（專利權）人: 萬向電動汽車有限公司;萬向集團公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;B32B27/32;H01M10/0525;B41M1/10;B41M1/30
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術領域

本發明屬于電池技術領域，涉及一種高安全性隔膜及采用該隔膜的高容量鋰離子動力電池。

背景技術

近幾年，鋰離子動力電池在電動工具、電動自行車、輕型電動車等大型設備上的應用日益受到關注和研究，大容量鋰離子動力電池在電動汽車的運用過程中，需要考慮的首要因素和技術問題是如何確保電池的安全性。解決安全性問題關系到鋰離子電池能否成為電動汽車動力電池，并最終使電動汽車駛入尋常百姓家的關鍵因素之一。隔膜對鋰離子電池的安全性起著最為關鍵的作用。大型鋰離子電池在濫用狀態時（內部局部短路、外部短路、過充等）易于誘導電池內部高溫，導致電池的隔膜收縮、熔化，進而造成電池內部大面積短路，加劇熱量積累，造成熱失控、產生電池內部高氣壓，引起電池燃燒或爆炸。為了滿足大容量鋰離子電池發展的需要，開發耐高溫的高安全性隔膜是提高動力電池安全性能的迫切需求。

近幾年來，國內外隔膜廠商紛紛開發高安全性隔膜，部分廠家已經有成熟產品。相對國外，國內的廠家開發相對緩慢，大多處于研發階段，至今未出現大規模的成熟產品。專利CN?101626095A公開的一種用于提高鋰離子電池安全性的改性方法，在制造鋰離子電池的工藝過程中，對隔膜進行熱處理工藝，以提高隔膜的熱穩定性，但這種方法具有一定的局限性，經過熱處理后的隔膜安全性并未得到本質性的提升，仍不能滿足動力電池高安全性能的要求；專利101567434A公開了一種鋰離子隔膜及其應用，隔膜以聚合物為基體，含有均勻分散的無機填料，隔膜的安全性和機械強度得到一定的提高，但在高容量動力電池方面的應用及安全性能并未體現出優勢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有優良的熱穩定性的高安全性鋰離子電池用隔膜。

本發明還提供采用該隔膜的高容量鋰離子動力電池，此電池具有優良的安全性能，在濫用條件下不起火，不爆炸。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：?

一種高安全性隔膜，所述的隔膜由基材層和涂覆層兩部分組成，所述的涂覆層為雙面，隔膜的結構為涂覆層-基材層-涂覆層；基材層與涂覆層的質量比為1:?1~2，基材層的材料為聚烯烴，涂覆層的材料為無機納米陶瓷顆粒；所述的基材層和涂覆層之間通過粘結劑固定。本發明的高安全性隔膜，通過在聚烯烴隔膜表面涂覆雙層耐高溫的無機納米陶瓷顆粒，從本質上提升了隔膜的安全性，當電池在濫用狀態下，即使聚合物基體融化，耐高溫無機陶瓷顆粒的存在仍能有效防止正負極之間的短路，從而大大提高安全性能；采用該隔膜的高容量鋰離子動力電池，在濫用狀態下安全性得到了顯著提升，為高容量動力電池在電動汽車的應用和推廣提供了安全保障。該隔膜具有優良的熱穩定性，在120℃條件下擱置1h，橫向熱收縮為0%，縱向熱收縮為1.0~2.0%。

作為優選，該隔膜的厚度為30~40μm，其中基材層厚度為25~35μm，每層涂覆層厚度為2.5~4μm。厚度范圍適中，用于動力電池，既保證電池具有良好的電化學性能，同時保證了電池的安全性能。

作為優選，所述的聚烯烴為聚乙烯、聚丙烯、兩者的共聚物或兩者的混合物。目前鋰離子電池隔膜普遍使用聚烯烴材料，原材料來源廣泛，技術相對成熟。

作為優選，所述的無機納米陶瓷為二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鋯中的一種或兩種以上的混合物。無機納米陶瓷顆粒材料性質穩定，且具有優良的耐高溫、抗腐蝕特性。

作為優選，所述的粘結劑為聚偏氟乙烯或丁苯橡膠。該兩款粘結劑為目前鋰電池領域常用的粘結劑，綜合性能優良。

一種所述的高安全性隔膜的制備方法，包括如下步驟：

a、制漿：將助劑、粘結劑和無機納米陶瓷顆粒依次加入高速行星球磨機中，同時加入氧化鋯磨球進行球磨，得到粘度為25~50?mPa·s，細度為15~20μm的無機納米陶瓷漿料；

b、涂布：采用凹版印刷的方式將步驟a得到的無機納米陶瓷漿料涂布到基材層表面；

c、烘干：烘干溫度在80~90℃，烘干后隔膜水分含量控制在＜1000ppm。

作為優選，所述的助劑、粘結劑和無機納米陶瓷顆粒的質量比為1.5~2.0:4~5:100。

一種所述的高安全性隔膜制得的高容量鋰離子動力電池。作為優選，其為方形軟包電池。作為優選，該電池的單體電池容量為20~50Ah。本發明得到的高容量鋰離子動力電池，經針刺濫用測試，電池電壓保持不變，表面溫度無明顯變化，電池不起火，不爆炸。在150℃烘箱中擱置30min，電池電壓降低0.1~0.2mV，電池不起火，不爆炸。