[實用新型]一種鋰離子電池隔離膜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201621186308.0
• 申請日: 2016-11-04
• 公開（公告）號: CN206210904U
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊雄鷹
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市安一福科技有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池隔離膜。

背景技術(shù)

近年來，隨著能源的枯竭和人們對環(huán)保的要求，電動汽車產(chǎn)業(yè)方面的發(fā)展日益迅速。鋰離子電池因其高能量密度和長循環(huán)壽命等特點，目前已成為電動汽車用動力能源的首選。但作為動力汽車的關(guān)鍵組成部分，鋰離子電池的安全性問題一直是動力汽車的一大障礙，因此鋰離子電池的安全問題備受人們關(guān)注。

鋰離子電池一般由電池殼體、電解液和裸電芯等組成。裸電芯由隔膜、正極片和負(fù)極片通過卷繞或者疊片的方式組裝而成。現(xiàn)有的正、負(fù)極片一般是由正極或負(fù)極活性物質(zhì)分別和導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑等混合均勻后，涂布在隔離膜基體上，經(jīng)過烘干、輥壓等工序制作而成；而隔離膜則一般采用聚烯烴隔膜，如聚乙烯、聚丙烯等。由于鋰離子電池所使用的電極材料電化學(xué)反應(yīng)活性較高，且電解液中含有大量易燃的有機溶劑，電池在使用過程中容易發(fā)生因過充、短路、擠壓等引起的電池起火或爆炸。

關(guān)于電池安全問題，業(yè)界技術(shù)人員也作了許多的研究，除了在電池外部管理系統(tǒng)做了一系列研究工作之外，對電池內(nèi)部也有研究，主要體現(xiàn)在兩個方面：首先往電解液里加入防過充添加劑或阻燃添加劑等；其次在電池中設(shè)置PTC電阻元件（正溫度系數(shù)熱敏電阻）與電池串聯(lián)，利用PTC元件隨溫度增加電阻突變的特點來減小甚至切斷回路中的電流來起到保護(hù)電池的目的。然而，由于現(xiàn)有技術(shù)中一般是將PTC元件置于電池外部，因此其技術(shù)效果大多體現(xiàn)在改善過充，利用PTC元件電阻突然增大來切斷電流防止過充繼續(xù)發(fā)生；然而當(dāng)電池發(fā)生內(nèi)短路，如進(jìn)行針刺、擠壓等測試時，那些PTC元件就不能及時或者無法起到保護(hù)作用。

此外，現(xiàn)有技術(shù)中也有含PTC涂層的隔離膜，其將PTC涂層涂覆在隔離膜基體上，在電池的內(nèi)部發(fā)生熱失控時，構(gòu)成所述PTC涂層的低熔點PTC材料熔化并關(guān)閉隔離膜基體的孔以阻止電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行。這樣的設(shè)置雖然能夠在一定程度上起到提高電池的安全性能的作用，然而由于其涂覆在隔離膜基體之上，相當(dāng)于一層保護(hù)膜包覆在隔離膜基體的外表面，這將大大降低鋰離子在隔離膜中的穿梭效率，從而影響鋰離子在正負(fù)極之間的傳輸速度，導(dǎo)致鋰離子電池循環(huán)性能和充放電倍率性能變差。此外，該種隔離膜的機械強度較低，當(dāng)電池負(fù)極發(fā)生鋰枝晶時，很容易將隔離膜刺破，造成電池內(nèi)部短路，引發(fā)安全問題。

有鑒于此，確有必要提供一種具有高導(dǎo)離子性能，高機械強度和高安全性能的隔離膜，以保證鋰離子電池的品質(zhì)。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種具有高導(dǎo)離子性能，高機械強度和高安全性能的隔離膜。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用如下技術(shù)方案：

一種鋰離子電池隔離膜，包括隔離膜基體和設(shè)置于隔離膜基體兩側(cè)的陶瓷涂層，還包括設(shè)置于所述隔離膜基體與所述陶瓷涂層之間的PTC材料層，所述PTC材料層由粘結(jié)劑和PTC材料混合制成；所述隔離膜還設(shè)置有若干貫穿所述隔離膜基體、所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的納米孔道，所述納米孔道的孔徑大小為0.01~10nm，所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的厚度均為0.01～5μm。

其中，所述PTC材料可為有機聚合物復(fù)合PTC材料或無機金屬氧化物PTC材料中的至少一種。優(yōu)選的，有機聚合物復(fù)合PTC材料可為聚乙烯與乙炔黑復(fù)合物。優(yōu)選的，無機金屬氧化物PTC 材料可為稀土元素釔摻雜的三氧化二釩。在此需要說明的是，所述PTC材料均為可以商購的公知材料。所述陶瓷涂層包括陶瓷顆粒和粘結(jié)劑，所述陶瓷顆粒可為氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅、氧化硅和氧化鋯中的一種或多種，所述粘結(jié)劑可為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和丁苯橡膠中的一種或多種。

本實用新型的作用原理為：由于PTC 材料是一種典型的具有溫度敏感性的材料，超過一定的溫度（熔化溫度）時，PTC材料熔化并關(guān)閉所述隔離膜基體的孔以阻止電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行。此外，即使當(dāng)電池?zé)崾Э鼗虬l(fā)生鋰枝晶導(dǎo)致隔離膜基體的破壞時，陶瓷涂層的存在仍可抑制電池的正極和負(fù)極之間的短路，從而提高電池的安全性。而若干貫穿整個隔離膜的納米孔道的設(shè)置，則有利于鋰離子在隔離膜中的穿梭，并為流通的離子提供了距離更短的運動通道，使得離子的流動更為通暢，離子的自由流動性得到提升；從而有效提高鋰離子電池的循環(huán)性能和充放電倍率性能。

其中，當(dāng)納米孔道的孔徑小于0.01nm時，由于孔徑過小而不利于鋰離子的穿梭，降低鋰離子的傳輸速度；當(dāng)納米孔道的孔徑大于10nm時，由于孔徑過大而影響隔離膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，造成安全隱患。需要說明的是，該納米孔道由于較微細(xì)，因此并不會導(dǎo)致正負(fù)極間發(fā)生接觸短路。