[實用新型]高壽命安全型鋰電池隔膜

有效

• 申請號: 201720521313.0
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN206774611U
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 賴旭倫;麥偉杰
• 申請（專利權）人: 東莞市賽普克電子科技有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 潘俊達

技術領域

本實用新型屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種高壽命安全型鋰電池隔膜。

背景技術

如今能源與環境問題日益突出，鋰離子電池作為一種非常重要的可再生能源，已成為全世界研究的焦點。鋰離子電池具有比能量高、循環使用次數多、存儲時間長等優點，其不僅在便攜式電子設備上如移動電話、數碼攝像機和手提電腦得到廣泛應用，而且也廣泛應用于電動汽車、電動自行車以及電動工具等大中型電動設備。隨著鋰離子電池行業近年來發展得風起云涌，業內對中國鋰離子電池的安全性和使用壽命提出了更高的要求。

鋰離子電池的組成部分包括電極、電解質、隔膜等。其中兩個電極之間的隔膜起到了很重要的作用，它不僅要起到分隔兩極，使電池不至于內部短路的作用，還要起到透過離子的作用，一定的孔隙率能夠保證電池隔膜在具有良好透過率的前提下，還能保證優秀的機械性能。在電池使用過程中不可避免的會產生一部分熱量，如果發生了故障，溫度會一直上升，導致電池內壓大幅增加，容易發生爆炸。這種安全隱患可以在一定程度上通過電池隔膜來排除，具有多孔結構的電池隔膜，在溫度較高時會發生融化，導致孔洞的關閉，增加阻抗，遮斷電流，達到保障安全的作用。然而通常的電池隔膜材料選用聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，熔點都在200℃以下，自閉溫度也較低(PE自閉溫度130～140℃，PP自閉溫度170℃左右)，在電池工作環境溫度較高，或者放電電流過大時，由于電解質的熱慣性作用，隔膜遮斷電流后溫度還會繼續升高，達到膜破壞溫度時，隔膜會完全破壞，致使電池內部短路溫度繼續升高，從而導致電池爆炸。因此我們需要一種耐高溫材料的電池隔膜來保障電池在更高溫度下的安全，同時又要具有優良的透過性和絕緣性，而聚酰亞胺膜就成為了鋰離子電池中電池隔膜的理想材料之一。

此外，鋰離子電池大電流或低溫充電時，極易在負極表面發生金屬鋰析出，并且該過程不可逆。如果如此反復充電，對電池造成損害，降低電池的安全性。主要原因是石墨的嵌鋰電位與鋰沉積電位很接近，當大量鋰離子在石墨負極表面聚集，但又無法及時嵌入石墨層的時候，就有可能析鋰，從而造成電池失效，發生安全事故。

有鑒于此，確有必要對現有的隔膜作進一步的改進，以提高其使用壽命和安全性能。

實用新型內容

本實用新型的目的在于：針對現有技術的不足，提供一種具有高安全性能和使用壽命的鋰電池隔膜。

為了實現上述目的，本實用新型所采用如下技術方案：

一種高壽命安全型鋰電池隔膜，包括聚酰亞胺基材層，所述聚酰亞胺基材層的一側設置有碳化硅陶瓷層，所述聚酰亞胺基材層的另一側設置有氧化鋯陶瓷層，所述聚酰亞胺基材層、所述碳化硅陶瓷層和所述氧化鋯陶瓷層均設有微孔，所述碳化硅陶瓷層的孔隙率低于所述聚酰亞胺基材層的孔隙率，所述氧化鋯陶瓷層的孔隙率高于所述聚酰亞胺基材層的孔隙率，且所述聚酰亞胺基材層、所述碳化硅陶瓷層和所述氧化鋯陶瓷層的微孔內壁均設置有PTC材料層，所述PTC材料層的熔化溫度為95～125℃。

其中，碳化硅陶瓷層由碳化硅顆粒、聚丙烯酸和去離子水一起混合攪拌制成漿料，并通過絲網印刷、擠壓涂布或凹版涂布的方式涂布在聚酰亞胺基材層的一側；而氧化鋯陶瓷層則由氧化鋯顆粒、聚丙烯酸和去離子水一起混合攪拌制成漿料，并通過絲網印刷、擠壓涂布或凹版涂布的方式涂布在聚酰亞胺基材層的另一側。

其中，PTC材料優選為無定型聚乙烯蠟，PTC材料層可采用浸涂的方式進行設置。

作為本實用新型高壽命安全型鋰電池隔膜的一種改進，所述聚酰亞胺基材層的孔隙率為40～60％，所述碳化硅陶瓷層的孔隙率為30～50％，所述氧化鋯陶瓷層的孔隙率為60～80％。

作為本實用新型高壽命安全型鋰電池隔膜的一種改進，所述碳化硅陶瓷層的孔徑大小為0.15～1.5μm，所述氧化鋯陶瓷層的孔徑大小為0.5～2.5μm，所述聚酰亞胺基材層的孔徑大小為0.25～1.8μm。當微孔的孔徑過小，不利于鋰離子的穿梭，會降低鋰離子的傳輸速度；當微孔的孔徑過大，影響隔膜的結構穩定性，容易造成安全隱患。

作為本實用新型高壽命安全型鋰電池隔膜的一種改進，所述聚酰亞胺基材層的微孔形狀呈沙漏形。將聚酰亞胺基材層的微孔設置成沙漏形，有利于提高隔膜的掛液保濕能力。

作為本實用新型高壽命安全型鋰電池隔膜的一種改進，所述碳化硅陶瓷層的導熱系數為270W/(m·K)。