[發明專利]一種鋰離子電池用隔膜及其制備方法和鋰離子電池

無效

• 申請號: 201210554614.5
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103887464A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 王成
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/0525;D06M15/227;D06M15/256;D06M101/32
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技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，特別是涉及一種鋰離子電池用隔膜及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池因具有質量輕、體積小、工作電壓高、能量密度高、輸出功率大、充電效率高和無記憶效應等優點，在手機、筆記本電腦等移動終端領域得到了廣泛的應用。

鋰離子電池通常由正極片、負極片、隔膜、電解液和外殼組成。其中隔膜材料主要為多孔的聚合物薄膜如聚丙烯(PP)、聚丙烯/聚乙烯(PP/PE/PP)膜。聚烯烴薄膜作為鋰離子電池隔膜技術相對比較成熟，目前商業化的鋰離子電池隔膜主要屬于此類。隔膜設置在正極片與負極片之間，阻隔正負極極片從而防止電池內部短路，但允許離子流快速通過，從而完成在電化學充放電過程中鋰離子在正負極極片之間的快速傳輸。

商品化的聚烯烴薄膜的局限性在于：耐溫性能有限，通常低于150℃，使得鋰離子電池的安全性降低。這是因為，鋰離子電池的安全對策之一是使電流阻斷，即當鋰離子電池內部溫度較高時，具有多孔結構的聚合物隔膜能夠熔化而關閉多孔結構，從而迅速增加阻抗使電流阻斷。但聚烯烴類薄膜熱穩定性較差，例如，聚乙烯薄膜的熔融溫度約為130℃、聚丙烯薄膜的熔融溫度約為160℃，當鋰離子電池溫度過高時，易出現大量的體積收縮使得隔膜面積收縮變小以致被完全破壞，從而導致鋰離子電池短路，以致電池過熱發生爆炸或著火。

無紡布隔膜與聚烯烴隔膜相比，具有價格低、熔點高、熱穩定性強，以及保液能力強的特點。為了提高電池的高溫安全性，采用無紡布隔膜作為鋰離子電池隔膜也是一個研究熱點。但無紡布隔膜機械強度低，不利于電池工業中大規模應用，同時孔徑大，電池在使用過程中存在內短路的風險。

對此，有人提出以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)無紡布為支撐體制備無機陶瓷多孔薄膜，如公開號為US7807286和US7709140的美國專利申請提出在PET無紡布隔膜雙面涂覆陶瓷顆粒涂層，該涂層以硅烷偶聯劑作為粘結劑，采用涂布浸漬的方法，將陶瓷顆粒涂覆到無紡布上。但這種復合方式的隔膜在干燥和使用過程中，由于震動、彎曲、折疊，將會出現掉粉現象，導致膜片涂層凹凸不平，影響電流密度分布。同時這種隔膜不具備熱閉孔效應，高溫下不能對鋰離子通道進行關斷。

此外，有公司開發了一種無紡布復合陶瓷隔膜，如日本寶翎公司與產綜研聯合開發的方法，首先分別制造聚丙烯腈(PAN)無紡布隔膜以及聚烯烴無紡布陶瓷隔膜，然后將兩種隔膜進行熱滾壓，制備一種多層復合隔膜。但這種方法制備的隔膜為多層隔膜復合，其厚度遠大于一般隔膜，降低了鋰離子電池的體積比容量，其適用范圍受到限制；隔膜厚度偏大，將會增大電池內阻，影響電池性能；同時這種多層復合隔膜制備工藝比較復雜。

發明內容

有鑒于此，本發明第一方面提供了一種鋰離子電池用隔膜，以無紡布隔膜為基底材料，填充熱塑性有機聚合物顆粒控制孔徑大小，克服了無紡布孔徑過大導致的內短路風險，同時，高溫時，熱塑性有機聚合物顆粒熔融閉合隔膜的多孔結構，阻斷離子通道，避免電池過熱發生爆炸。本發明實施例第二方面提供了該鋰離子電池用隔膜的制備方法。本發明實施例第三方面提供了包含該鋰離子電池用隔膜的鋰離子電池。

第一方面，本發明實施例提供了一種鋰離子用隔膜，所述鋰離子電池用隔膜以無紡布隔膜作基底材料，在無紡布隔膜孔隙內填充熱塑性有機聚合物顆粒。

在本發明實施例第一方面中，優選的，無紡布隔膜為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚乙烯醇(PVA)，聚酰亞胺(PI)，聚酰胺(PA)，聚丙烯腈(PAN)，聚氧乙烯(PEO)中的一種或幾種；

優選的，所述無紡布隔膜孔隙率＞60％，孔徑為1～10μm；厚度為15～40μm；

優選的，所述熱塑性有機聚合物為聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚砜，聚丁二烯，聚苯乙烯，聚苯醚中的一種或幾種，所述熱塑性有機聚合物顆粒粒徑范圍為10～200nm；

本發明實施例第一方面提供了一種鋰離子電池用隔膜，該隔膜以無紡布隔膜為基底材料，填充熱塑性有機聚合物顆粒，縮小了無紡布孔徑，降低了鋰離子電池內短路的風險，同時對隔膜多孔結構進行填充，增加了隔膜機械強度；電池內部溫度升高到一定值時，熱塑性有機聚合物顆粒熔融，閉合隔膜多孔結構，阻斷離子通道，避免鋰離子電池過熱發生爆炸。

第二方面，本發明實施例提供了一種鋰離子電池用隔膜的制備方法，包括以下步驟：將熱塑性有機聚合物顆粒與粘結劑按照一定比例配置溶液，并進行攪拌；

將熱塑性有機聚合物顆粒與粘結劑按照一定比例配置溶液，并進行攪拌；

將無紡布隔膜浸泡在溶液中一定時間后取出，室溫干燥；