[發明專利]用于鋰離子二次電池的改進的多層微孔膜隔板及相關方法

有效

• 申請號: 201580074235.8
• 申請日: 2015-11-24
• 公開（公告）號: CN107210407B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 張曉民;石烈;威廉·約翰·保羅斯
• 申請（專利權）人: 賽爾格有限責任公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16
• 代理公司: 北京王景林知識產權代理事務所(普通合伙) 11320
• 代理人: 王景林

提供了用于鋰離子二次電池的改進的多層層合的微孔電池隔板，和/或制造或使用這種隔板的方法。優選地，本發明的干法工藝隔板為三層層合的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯微孔膜，厚度在12μm至30μm的范圍內，具有改進的刺穿強度和低電阻，為鋰離子電池帶來了改進的循環和充電性能。另外，對大功率應用來說，優選地，本發明的隔板或膜的低電阻和高孔隙率中在鋰電池中提供了更高的充電速率性能。

相關申請交叉引用

本申請要求2014年11月26日提交的共同未決美國臨時專利申請No.62/084,655的優先權及 權益，該臨時申請通過全文引用并入本文。

技術領域

根據至少選定的實施方式，本發明或申請致力于新的或改進的電池隔板、基底薄膜或膜， 和/或制造和/或使用這種隔板、薄膜或膜的方法。根據至少特定的選定實施方式，本發明或申請 致力于新的或改進的用于鋰離子二次電池的單層或多層共擠出或層合的微孔電池隔板，和/或制 造和/或使用這種隔板的方法。根據至少特別的實施方式，本發明致力于新的或改進的用于鋰離 子二次電池的多層層合的微孔電池隔板，和/或制造和/或使用這種隔板的方法。可能優選的本發 明的干法工藝隔板為厚度在12μm至30μm范圍內的三層層合的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP) 微孔膜，其具有改進的刺穿強度和低電阻，為鋰離子電池帶來了改進的循環和充電性能。另外， 對大功率應用來說，優選的本發明的隔板或膜的低抗電阻性和高孔隙率在鋰電池中提供了更高 的充電速率。

背景技術

存在多種提高用于鋰離子二次電池的微孔隔板膜的機械強度的方法。美國專利No.6,602,593 中討論了這樣一種提高干法工藝微孔電池隔板膜的機械強度的方法。這種方法基于在吹塑薄膜 擠出過程中采用至少1.5的吹脹比(blow-up ratio，BUR)。正如本領域的技術人員所知的，吹脹比 方法包括被吹脹的薄膜自環形模口的徑向膨脹。采用等于或大于1.5的吹脹比在擠出的膜的橫向 (TD)上獲得了提高水平的晶體結構取向。

美國專利No.8,795,565描述了一種雙軸向拉伸技術，包括對干法工藝前體膜進行伴有受控 MD松弛工藝步驟的加工方向(MD)和橫向(TD)兩個方向的拉伸。經過雙軸向拉伸的膜在 加工方向(MD)和TD方向具有改進的機械強度，這可預示當被用做鋰離子電池中的電池隔板膜 時的優異的強度性能。

美國專利No.8,486,556公開了一種多層的電池隔板，其具有由混合穿透強度測試法定義的改 進的強度，該方法測量在隔板膜中造成短路所需的力。采用具有≤1.2克/10分鐘熔體流動指數的 高分子量聚丙烯樹脂來制備多層隔板，熔體流動指數是在多層隔板膜的PP/PE/PP三層構型的聚 丙烯層測量的，多層隔板具有21至24.5μm范圍內的厚度，35％至37％范圍內的孔隙率，18至 19秒的ASTM Gurley值(等同于450至475秒的JIS Gurley值)，以及2.1至2.3Ω-cm²范圍內的抗 電阻性(ER)(等同于術語離子電阻，IR)。

同樣已知的還有濕法工藝微孔電池隔板，其通常也經過雙軸向拉伸，并可具有相當平衡的 MD和TD強度性能。采用濕法工藝制備的微孔膜的例子可為美國專利No.5,051,183、6,096,213、 6,153,133和6,666,969。

濕法工藝電池隔板膜是采用分子量非常高的聚合物樹脂制造的，樹脂通常具有大于500,000 (更優選大于1,000,000)的分子量，并且需要使用增塑劑，以便進行熔融擠出。另外，為了使分子 量非常高的樹脂經歷熔融擠出，必須使用通常為油的被稱為增塑劑的組分。作為制造工藝的一 部分，必須使用溶劑將增塑劑提取出去。在制造工藝的提取步驟被油增塑劑污染的溶劑必須被 回收，以使提取溶劑和油達到能使用的純度質量。這是昂貴的額外能耗成本。因此，與不需要 溶劑的、“綠色的”、低負荷的、成本更低的干法工藝相比，濕法工藝是不利的，因其可能是環境 挑戰的工藝，需要高成本的溶劑處理和多種處理問題。