CN206505967U - 一种用于锂离子电池的隔膜及锂离子电池 - Google Patents
一种用于锂离子电池的隔膜及锂离子电池 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提出了一种用于锂离子电池的隔膜，设置于所述的锂离子电池正极和负极之间，所述的隔膜具有聚烯烃多孔隔膜基层及设置于所述的聚烯烃多孔隔膜基层上的抗高温的混合涂层。本实用新型还提出了一种锂离子电池，本实用新型的锂离子电池隔膜及电池通过一层含有无机陶瓷与芳纶(间对苯二甲酰间苯二胺)以及PVDF(聚偏氟乙烯)三种成分的耐高温层，电池充电高电压状态下耐氧化能力远远优于现有的单纯聚烯烃(PP或PE)隔膜。
Description
技术领域
本实用新型涉及隔膜领域，特别涉及一种用于锂离子电池的隔膜及锂离子电池。
背景技术
在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。
目前市面上常规的隔膜是单纯的聚聚烯烃(干法PP或湿法PE)隔膜，现有技术中的锂电池隔离膜往往由于技术不够成熟，常常会出锂电池爆炸的问题，其主要原因是锂电池在耐高温方面存在很大的不足。
实用新型内容
为了解决以上的技术问题，本实用新型提供一种耐高温的用于锂离子电池的隔膜及锂离子电池。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
本实用新型公开了一种用于锂离子电池的隔膜，设置于所述的锂离子电池正极和负极之间，所述的隔膜具有聚烯烃多孔隔膜基层及设置于所述的聚烯烃多孔隔膜基层上的抗高温的混合涂层。
进一步地，所述的混合涂层的厚度为：3μm～4μm。
进一步地，所述的混合涂层包括紧贴所述的聚烯烃多孔隔膜基层的陶瓷粉层，设置于所述的陶瓷粉层上的第一PVDF层。
进一步地，所述的聚烯烃多孔隔膜基层厚度为：9μm、12μm、16μm、20μm。
进一步地，所述的正极紧贴于所述的隔膜的一面具有第二PVDF层，所述的第一PVDF层与第二PVDF层相互融合。
本实用新型公开了一种锂离子电池，包括隔膜，所述的隔膜为如上所述的隔膜。
实施本实用新型的一种用于锂离子电池的隔膜及锂离子电池，具有以下技术特征及有益的技术效果：
区别于现有技术的锂离子电池隔膜耐高温的性能不足，本实用新型通过一层含有无机陶瓷与芳纶(间对苯二甲酰间苯二胺)以及PVDF(聚偏氟乙烯)三种成分的耐高温层，电池充电高电压状态下耐氧化能力远远优于现有的单纯聚烯烃(PP或PE)隔膜。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例锂离子电池隔膜的结构示意图。
图2为本实用新型实施例锂离子电池分解结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1及图2，本实用新型的较佳实施例，一种用于锂离子电池的隔膜1，设置于锂离子电池正极5和负极10之间，隔膜1具有聚烯烃多孔隔膜基层11及设置于聚烯烃多孔隔膜基层11上的抗高温的混合涂层12。
混合涂层12的厚度为：3μm～4μm。
混合涂层12包括紧贴聚烯烃多孔隔膜基层11的陶瓷粉层120，设置于陶瓷粉层120上的第一PVDF层122。
本实用新型涂层中含有的无机陶瓷与芳纶(间对苯二甲酰间苯二胺)以及PVDF(聚偏氟乙烯)三种成分耐高温能力远远优于单纯的单纯聚烯烃(PP或PE)隔膜。
聚烯烃多孔隔膜基层11厚度为：9μm、12μm、16μm、20μm。
正极5紧贴于隔膜1的一面具有第二PVDF层51，第一PVDF层122与第二PVDF层51相互融合。
现有技术制备的隔膜能量密度低，循环寿命短。本实用新型由于混合涂层12中含有PVDF层，在电池制备过程中可与正极片中的PVDF熔融在一起，从而减小了电池厚度并由此提升了电池能量密度。
请参阅图2，一种锂离子电池，包括隔膜，隔膜为如上所述的隔膜1，隔膜1设置于锂离子电池正极5和负极10之间。
下面进行详细的说明。
本锂电池隔膜包括聚烯烃多孔隔膜基层、涂布在聚烯烃多孔隔膜基层表面的陶瓷材料与芳纶(间对苯二甲酰间苯二胺)以及PVDF(聚偏氟乙烯)混合涂层。混合涂层厚度为3-4μm，聚烯烃(PP或PE)多孔隔膜基层的厚度分别为9μm、12μm、16μm、20μm。本实用新型的厚度为市面上常见类型的12μm、16μm、20μm、24μm。
采用本实用新型隔膜制备的锂离子电池具有耐高温、高能量密度、长循环性能等优点。
混合涂层由陶瓷材料与芳纶(间对苯二甲酰间苯二胺)以及PVDF(聚偏氟乙烯)三种材料组成。
混合涂层制法可为：
采用片状陶瓷颗粒作为浆料粉体，陶瓷粉体与PVDF、芳纶脂粒混合在浆料中同时PVDF和芳纶完全溶解于溶剂中，陶瓷粉体均匀地分散并悬浮于溶剂中，同时浆料中亦含有造孔剂。在后续浆料涂层的烘干过程中，可有效起到造孔的作用，涂覆后的隔膜兼具陶瓷涂覆隔膜(聚烯烃基层上单纯涂陶瓷层)和PVDF涂覆凝胶隔膜(聚烯烃基层上单纯涂PVDF层)和芳纶涂覆隔膜(聚烯烃基层上单纯涂芳纶层)的性能特点，倍率性能接近目前市面上纯陶瓷涂覆的性能指标，能量密度达到纯PVDF凝胶涂覆隔膜的性能指标，安全性能达到纯芳纶隔膜的性能指标。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种锂离子电池改性涂覆隔膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
A)制备纳米级片状陶瓷粉；
B)制备纳米级片状陶瓷粉与PVDF混合浆料；
C)采用浆料涂覆聚合物多孔隔膜；
D)烘干涂覆浆料制备表面均匀分布的涂覆层锂离子电池隔离膜。
其中步骤A)所述片状陶瓷颗粒，为片状氧化铝、钛酸钡、二氧化硅、氧化镁、钛酸镁、钛酸钙、氧化锆中的一种或几种。
将纳米陶瓷粉按如下工艺球磨→胶体磨→搅拌磨→振动磨→超微气流粉碎粉料至D50为50～200nm，Dmax小于0.8μm的片状陶瓷粉体。同时陶瓷粉颗粒的纯度≥99.95％。
其中步骤B)所述浆料，为水性黏性浆料。
1.其组分中，含有能形成氢键的集团，同时包括以下几种成分：
a.悬浮剂：羧甲基纤维素(CMC)、乙基纤维素(EC)、羧乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(HPC)、羧丙基甲基纤维素(HPMC)中的一种或几种；
b.如下成分的主分溶剂和一定比例的附加溶剂溶于水中。
附加溶剂：丙酮、乙醇、异丁醇、丙二醇、氮-甲基吡咯烷酮(NMP)、氮-氮二甲基乙酰胺(DMAC)、氮-氮二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜中的一种或多种。
主分溶剂：碳酸二甲酯(DMC)、氮-氮二甲基乙酰胺(DMAC)和一定比例的二氧六环或石油醚，碳酸二甲酯(DMC)与氮-氮二甲基乙酰胺(DMAC)二者重量之比为1:1﹀1:3；
c.分散剂：聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PE-200、PE-400、PE-600等)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)；
d.粘结剂：聚偏氟乙烯(PVDF，)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯酸(PA)、聚丙烯酸甲酯(PMMA)、丁苯橡胶、丁睛橡胶中的一种或多种按一定比例添加；
e.造孔剂：包括沸点低于100℃易挥发的多元醇以及多支链醇按一定比例添加。
2.将上述各种成分按一定比例配制成均匀的溶液。
3.通过搅拌的方式将上述均匀的溶液与一定比例的片状陶瓷粉以及去离子水混合均匀，形成陶瓷+PVDF混合浆料。此浆料固含量为20～50％之间，PVDF与芳纶重量比为1:1～1:2之间，PVDF和芳纶总质量与陶瓷粉重量比为2:3～1:1.之间浆料烘干后PVDF与陶瓷粉总质量比为90～50％之间。各种组分之间相互作用可形成稳定的氢键，涂覆在隔膜表面并且烘干后保证了涂层的致密性。
其中步骤C)所述涂覆方式为挤压式喷涂、凹版辊转移式涂布、浸泡式涂布中的一种，将浆料均匀地涂布在PE、PP或PE、PP复合隔膜表面(包括干法和湿法，可单面涂覆也可双面涂覆)，涂布厚度为3～4μm。
其中步骤D)所述的烘干方式为涂布后立即烘干，且温度不能超过60℃需以热吹风的形式烘干，烘干后其水含量低于600ppm。
步骤B)中的各种溶剂在相互作用下变得易挥发，避免了PE或PP隔膜在表面涂覆时因高温烘烤而变形，后续卷绕过程中弧形度过高，正负极片接触造成的电池内部短路。涂覆隔膜在电芯制备过程中任然使用Baking热压工艺。
经过Baking工艺后，电解液进入两层PVDF混合层，整个电芯内部无明显游离电解液，从而提高了电池的安全性。同时两层结合为一层也减少了电池的厚度，从而提高了其能量密度。
同时涂覆在聚烯烃多孔隔膜基层上混合涂层中的无机陶瓷材料可以提高隔膜的热稳定性和机械性能。
再者涂层中的三种成分在电池充电时的高电压(高电极电位)状态下抗氧化能力远优于单纯的聚烯烃(PP或PE)。
因此其循环寿命则远优于目前市面上的聚烯烃(PP或PE)隔膜(无论是干法(PP材质)，还是湿法(PE材质)。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型宗旨作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的宗旨或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种用于锂离子电池的隔膜，设置于所述的锂离子电池正极和负极之间，其特征在于，所述的隔膜具有聚烯烃多孔隔膜基层及设置于所述的聚烯烃多孔隔膜基层上的抗高温的混合涂层。
2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述的混合涂层的厚度为：3μm～4μm。
3.根据权利要求1或2所述的隔膜，其特征在于，所述的混合涂层包括紧贴所述的聚烯烃多孔隔膜基层的陶瓷粉层，设置于所述的陶瓷粉层上的第一PVDF层。
4.根据权利要求3所述的隔膜，其特征在于，所述的正极紧贴于所述的隔膜的一面具有第二PVDF层，所述的第一PVDF层与第二PVDF层相互融合。
5.一种锂离子电池，包括隔膜，其特征在于，所述的隔膜为权利要求1至4任一项所述的隔膜。
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