[發(fā)明專利]有機/無機復合多孔薄膜及使用此薄膜的電化學儲能裝置

有效

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• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN102969473A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 蔣治億;張五堂;江德順;金婧;鄧平華;賈寶安;吳祖鈺;李進華
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才

技術領域

本發(fā)明屬于電化學儲能領域，尤其是一種有機/無機復合多孔薄膜及使用此薄膜的電化學儲能裝置。

背景技術

近年來，手機、筆記本電腦、平板電腦等便攜式電子設備的快速普及，電動汽車產業(yè)、風能和太陽能產業(yè)的發(fā)展，都對儲能裝置，尤其是二次電池的需求日益增加。其中，鋰離子電池由于具有較高的驅動電壓和能量密度，已經成為了研究和商業(yè)開發(fā)的焦點。

鋰離子電池的電芯在結構上一般由正極片、負極片和間隔于正負極片之間防止短路的隔離膜構成。傳統的鋰離子電池隔離膜一般為聚烯烴薄膜，其熔點較低，通常在120-140℃和160-170℃，當電池由于內部或外部原因而溫度升高時，隔離膜會發(fā)生收縮，因此很容易導致正負極片的直接接觸短路，電池溫度進一步升高后隔離膜會發(fā)生熔融導致正負極片的大面積短路，從而引起電池爆炸、起火等安全事故。

為解決聚烯烴隔離膜帶來的上述問題，業(yè)界的一個解決方案是在聚烯烴薄膜的單面或雙面附著由無機顆粒和粘結劑組成的多孔活性層，形成有機/無機復合薄膜。由于無機活性層具有較高的熱穩(wěn)定性，因此整個復合薄膜的熱收縮被大大抑制，同時無機活性層還具有更高的機械強度，這也會減少電池中的鋰枝晶或者金屬碎屑、集流體毛刺等刺破隔離膜而造成短路的幾率，從而提高了電池的安全性能。另外，無機活性層還具有良好的電解液浸潤性，對提高電池的電化學性能也有所幫助。目前的無機活性層中是采用Al₂O₃、CaO、TiO₂、ZnO、MgO、ZrO₂、SnO₂、SiO₂等氧化物作為無機顆粒使用，但是，由于鋰離子電池的電解液中的鋰鹽主要為LiPF₆，同時電解液中不可避免的存在一定量的水，LiPF₆會與水反應生成氫氟酸(HF)，氫氟酸進一步與無機顆粒反應生成的氟化物和水，以無機顆粒為Al₂O₃時為例，電池中將發(fā)生如下的化學反應：LiPF₆→LiF+PF₅；PF₅+H₂O→POF₃+2HF；6HF+AL₂O₃→2ALF₃+3H₂O。可見，上述一系列反應中水并沒有被消耗，因此反應可以持續(xù)進行，又由于隔離膜是長期浸泡在電解液中的，經過長時間的反應后，所生成的氟化物和反應物氧化物在晶格體積上的不同將導致無機活性層發(fā)生體積變化，從而使活性層從多孔基底上脫落，電池的電性能衰減且安全性下降。

有鑒于此，確有必要提供一種更為穩(wěn)定的有機/無機復合多孔薄膜及使用此薄膜的電化學儲能裝置。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于：提供一種更為穩(wěn)定的有機/無機復合多孔薄膜及使用此薄膜的電化學儲能裝置，以保證隔離膜在電化學儲能裝置中的長期穩(wěn)定性。

為了實現上述發(fā)明目的，發(fā)明人經潛心研究，提供了一種有機/無機復合多孔薄膜，其包括多孔性有機基材和附著在多孔性有機基材上的活性層，活性層包括無機顆粒和粘結劑，無機顆粒為硫酸鹽、磷酸鹽、金屬氟化物、鋰鹽中的一種或是幾種的混合物。

本發(fā)明的有機/無機復合多孔薄膜在電化學裝置中的作用為阻隔正極片和負極片的直接接觸，并提供離子傳導通道，無機顆粒起到提高復合薄膜的機械強度，提高復合薄膜抗熱收縮的作用，同時，具有高介電常數的無機顆粒還促進電化學裝置的電解液中的電解質離解，從而提高電解液的電導率。而相對于現有技術，本發(fā)明有機/無機復合多孔薄膜采用不與氫氟酸反應的物質作為活性層的無機顆粒，因而采用本發(fā)明的有機/無機復合多孔薄膜的化學儲能裝置也具有更好的循環(huán)存儲性能、耐高電壓性能和安全性能。

上述有機/無機復合多孔薄膜可采用所有現有制作電池用有機/無機多孔復合薄膜的工藝，主要是將無機顆粒和粘合劑的混合物涂覆到多孔性基材上，使形成的無機/有機復合多孔薄膜上具有包含在多孔性基材自身中的孔，并由于形成在基材上的無機顆粒之間的間隙而在基材中以及在活性層中形成孔結構，因此本發(fā)明在原理上具有現有技術的常規(guī)優(yōu)點。

所述多孔性有機基材為聚烯烴類薄膜。