[發明專利]一種聚合物鋰離子電池用隔膜的制造方法

有效

• 申請號: 201310289143.4
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103413904A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 曹志鋒;張輝
• 申請（專利權）人: 深圳中興創新材料技術有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 彭家恩;彭愿潔

技術領域

本申請涉及電池隔膜領域，特別是涉及一種聚合物鋰離子電池用隔膜的制造方法。

背景技術

鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池是現代高性能電池的代表。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時，即我們使用電池的過程，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。鋰電池相比于傳統的電池有著諸多的優點：1）電壓高：單體電池的工作電壓高達3.7～3.8V，磷酸鐵鋰電池的是3.2V，是Ni-Cd、Ni-H電池的3倍。2）比能量大：目前能達到的實際比能量為555Wh/kg左右，即材料能達到150mAh/g以上的比容量，是Ni-Cd電池的3～4倍，Ni-MH電池的2～3倍；該比容量已接近于其理論值的約88%。3）循環壽命長：一般均可達到500次以上，甚至1000次以上，磷酸鐵鋰的可以達到2000次以上；對于小電流放電的電器，電池的使用期限，將倍增電器的競爭力。4）安全性能好：無公害，無記憶效應。作為Li-ion前身的鋰電池，因金屬鋰易形成枝晶發生短路，縮減了其應用領域，Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對環境有污染的元素，部分工藝，如燒結式，的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應”，嚴重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問題。5）自放電小：室溫下充滿電的Li-ion儲存一個月后的自放電率為2%左右，大大低于Ni-Cd電池的25～30%，Ni-MH電池的30～35%。6）可快速充放電：1C充電30分鐘容量可以達到標稱容量的80%以上，現在磷鐵電池可以達到10分鐘充電到標稱容量的90%。7）工作溫度范圍高：工作溫度為-25～45℃，隨著電解液和正極的改進，期望能擴寬到-40～70℃。

鋰電池主要由下面幾個部分組成：1）正極：活性物質一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，現在又出現了鎳鈷錳酸鋰材料，電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰，俗稱三元，或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。2）隔膜：一種特殊的復合膜，可以讓離子通過，但卻是電子的絕緣體。3）負極：活性物質為石墨，或近似石墨結構的碳，導電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。4）電解質：溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑和凝膠狀電解液。5）電池外殼：分為鋼殼、鋁殼、鍍鎳鐵殼、鋁塑膜等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負極引出端。其中鋼殼主要是方形電池使用，現在已經很少使用；鍍鎳鐵殼主要是圓柱電池使用；鋁塑膜主要是軟包裝電池使用。

其中，電解質可分為液體電解質和固體電解質。液體電解質包含溶解和離解于有機溶劑的鹽類，其具有很好的離子導電性。通常液體電解質與聚合物隔膜一起使用，例如聚烯烴等聚合物薄膜，電解液可滲入薄膜的微孔中使薄膜具有離子導電性。但由于液體電解質具有較好的流動性，因此會從聚合物隔膜中滲出。另外，液體電解質與聚合物隔膜不粘合，二者之間存有界面。由于聚合物隔膜的高結晶性使其具有很好的機械強度，既不會過度膨脹，也不會分解。

固體電解質在用于電池時，其離子導電性不足。為了改善固體電解質的離子導電性，一般采用凝膠聚合物的電解質，在該電解質中含有溶解于有機溶劑中的鹽的液體電解質浸漬在固體聚合物電解質中。例如US5418091公開的混合型電解質，其由Bellcore公司制備。當這種凝膠聚合物電解質作為電池電解質使用時，由于其機械強度較低，在組裝電池時會產生一些問題。聚合物可能會過度膨脹，使其厚度增加，并且由于聚合物電解質的密度增加，能量密度可能降低。

在工作電壓下，需要聚合物電解質具有電化學穩定性，同時還應具有熱穩定性和化學穩定性。另外，還需要聚合物電解質具有較好的粘結性，以降低組裝電池過程中電解質和電極間的界面張力，除此之外，在電池組裝過程中還要求聚合物電解質有足夠的機械強度。