鋰離子電池用複合隔膜的製作方法

2023-09-22 02:51:40

專利名稱：鋰離子電池用複合隔膜的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鋰電池用隔膜，特別是涉及一種鋰離子電池用複合隔膜。
技術背景鋰電池由於具有電壓高、能量高、循環壽命長且不汙染環境的優點，已經成為廣泛 應用的新一代電池。使用鋰電池的電子產品不斷地小型化而且應用越來越普及，而筆記本電腦、數碼 相機、手機等產品時而出現的爆炸事故，使人們對鋰電池的安全性提出了更高的要求，特別 是對高容量的鋰電池，因此，提高鋰電池隔膜的安全性已成為研究的熱點內容。在鋰電池中，隔膜是用於避免正極和負極之間的短路。鋰電池在使用過程中，將會 使電池的溫度急速上升並對裝備鋰電池的設備造成溫度傷害，為了防止這種故障，故在正 負極之間放置隔膜。鋰電池隔膜應該有適當的閉孔溫度。這是因為在外部短路中，由於電池短路而形 成的焦耳熱使得電池發熱溫度升高，這時電池隔膜由於溫度升高而變形，隔膜的微孔膜的 孔徑逐漸縮小，離子通過困難，相當於電阻增大，直到微孔全部消失即隔膜閉孔，這時離子 完全不能通過，這樣就可以防止電池內部溫度的升高，因而不會使電池內部溫度達到鋰電 極的熔點或電解液的引燃點而引起火災和爆炸事故的發生，從而達到安全的目的，與隔膜 閉孔相對應的溫度稱之為閉孔溫度，所以鋰電池隔膜的閉孔溫度是很重要的，閉孔溫度越 低，那麼就可以在較低的溫度下阻止離子通過，這樣就可以防止電池內部溫度的升高，但是 閉孔溫度也不能太低，太低時，當溫度梢有上升，就會擾亂離子流，這種現象會影響電池的 正常工作，如果閉孔溫度太高，就會造成鋰電池起火爆炸等嚴重事故。鋰電池隔膜還應該具有耐溫性能，即隔膜在閉孔之後應該能一直維持閉孔狀態而 不變形直到某個更高的溫度。且當鋰電池隔膜因溫度升高變形而使微孔消失即隔膜閉孔 後，它將阻隔電池的電流，具有阻止溫度上升的作用，但是這時隔膜如果沒有足夠的耐熱性 能，閉孔後的隔膜溫度繼續上升，當達到一個更高的溫度範圍，隔膜進一步熔化，則發生隔 膜破裂，這時對應的溫度稱之為破膜溫度。如果隔膜破裂，正負電極就會直接接觸而爆炸， 這也是非常危險的，所以鋰電池隔膜應該有足夠的耐熱性能，使隔膜在其熔融溫度以上盡 量保持其形狀，以維持閉孔狀況到一個儘可能高的溫度。隔膜從閉孔溫度開始一直到破膜 溫度之間的溫度差越大，則阻止離子通過的時間也越長，而在這比較高的溫度下隔膜仍能 保持它的完整性，這樣就確實防止因溫度上升而使隔膜的快速破裂，因而才能具有很高的 安全性能。目前，聚乙烯微孔膜及聚丙烯微孔膜作為鋰電池隔膜的應用較為普及，其主要原 因是價廉。作為鋰電池隔膜的聚丙烯微孔膜的閉孔溫度在150°C左右，這個溫度的缺點是接 近鋰的熔點，顯然這是不安全的。而聚乙烯微孔膜的閉孔溫度比較低為130°C，比較適合，但 是其破膜溫度也低，接近145°C，也就是閉孔溫度和破膜溫度之間的溫度差僅有15°C，即它
3的耐熱性能差，這是很不安全的，而且，聚乙烯微孔膜的彈性恢復差，導致裝入電池時易產 生拉伸且力學性能差，所以它的生產性能和使用性能都是很低的，因此聚丙烯微孔膜及聚 乙烯微孔膜在安全可靠性方面，均需要改進。但是，隔膜的低閉孔溫度與高破膜溫度的共存 是固然重要，可是隔膜具有了低閉孔溫度，卻難以達到高破膜溫度，反之也一樣。為提高單 層聚丙烯微孔膜或單層聚乙烯微孔膜的性能，通常採用雙層聚丙烯微孔膜或雙層聚乙烯微 孔膜作為鋰電池複合隔膜，雖然達到了一定的效果，但是，並未從根本上提高鋰電池隔膜 同時具備低閉孔溫度與高破膜溫度，為此需要尋求一種二全其美的結果。
發明內容本實用新型的目的是要提供一種鋰離子電池用複合隔膜，它不但能有效地實現鋰 電池隔膜的低閉孔溫度與高破膜溫度，而且，切實保障了鋰電池在使用過程中的安全可靠 性。為了達到上述的目的本實用新型的解決方案是本實用新型的鋰離子電池用複合 隔膜包括一隔膜，所述的隔膜由上層聚丙烯微孔膜與下層聚丙烯微孔膜或上層聚乙烯微孔 膜與下層聚乙烯微孔膜所形成，所述的上層聚丙烯微孔膜與下層聚丙烯微孔膜之間或上層 聚乙烯微孔膜與下層聚乙烯微孔膜之間設有一聚四氟乙烯微孔膜。本實用新型提供了一種鋰離子電池用複合隔膜，複合隔膜中的聚四氟乙烯且為由 四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物，具有優良的耐高低溫性、耐腐蝕性、良好的力學性 能、耐候性及不燃性。聚四氟乙烯能在-180 250°C的較廣溫度下長期工作，且在該範圍內均保持優良 的力學性能，在260°C的高溫下不熔化，在-196°C的低溫也不變脆，仍柔軟且還可保持5% 的伸長率。聚四氟乙烯具有高度的化學穩定性；耐化學腐蝕和除熔融的鹼金屬外，聚四氟乙 烯幾乎不受任何化學試劑腐蝕，例如在濃硫酸、硝酸、鹽酸，甚至在王水中煮沸，其重量及性 能均無變化，也幾乎不溶於所有的溶劑，它能在任何種類化學介質長期使用。聚四氟乙烯的氧極限指數在0.95以上，對氧、紫外線均極穩定，有塑料中最佳的 老化壽命，可達10年以上，聚四氟乙烯導熱性較差且阻燃，因此具有優異的耐老化性能、抗 輻射性能及優異的電絕緣性能。本實用新型的鋰離子電池用複合隔膜在使用過程中，當電池內部由於過度充電狀 態引起過熱，或外部短路中電池短路而形成的焦耳熱使得電池發熱溫度升高，鋰電池溫度 達到聚丙烯微孔膜的閉孔溫度150°C或聚乙烯微孔膜的閉孔溫度130°C時，上、下層的聚丙 烯微孔膜或聚乙烯微孔膜的微孔即熔接、閉孔，這時離子完全不能通過，這樣就防止了電池 內部溫度的升高，如在閉孔後的隔膜溫度繼續上升，且超過聚丙烯微孔膜或聚乙烯微孔膜 的破膜溫度時，一方面由上、下層的聚丙烯微孔膜或聚乙烯微孔膜的熔融熔化充當塗層以 覆蓋聚四氟乙烯微孔膜的微孔，另一方面則由耐高溫的聚四氟乙烯微孔膜的存在，且在比 較高的溫度下隔膜仍能保持它的完整性，有效地防止了因溫度上升而使隔膜的快速破裂及 熱收縮，並使隔膜仍保持其形狀，且避免正負電極直接接觸而引起的爆炸，繼續保持很高的 安全性能。本實用新型的鋰離子電池用複合隔膜由於在所述的上層聚丙烯微孔膜與下層聚丙烯微孔膜之間或上層聚乙烯微孔膜與下層聚乙烯微孔膜之間增設了一聚四氟乙烯微孔 膜，且使隔膜既擁有原有的聚丙烯微孔膜或聚乙烯微孔膜的低閉孔溫度，又因聚四氟乙烯 微孔膜的存在而大大提高了隔膜的破膜溫度，故進一步保證了鋰電池在實際使用過程中的 安全性及可靠性，並還可有效地防止鋰電池起火爆炸等嚴重事故的發生。

本實用新型的具體結構由以下的實施例及其附圖給出。圖1是本實用新型的鋰離子電池用複合隔膜的由聚丙烯微孔膜聚四氟乙烯微孔 膜及聚丙烯微孔膜所形成的隔膜的結構示意圖。圖2是本實用新型的鋰離子電池用複合隔膜的由聚乙烯微孔膜聚四氟乙烯微孔 膜及聚乙烯微孔膜所形成的隔膜的結構示意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖對本實用新型的鋰離子電池用複合隔膜作進一步的詳細描述。實施例一參照圖1、該實用新型的鋰離子電池用複合隔膜包含一隔膜，所述的隔膜由上層聚 丙烯微孔膜1與下層聚丙烯微孔膜2所形成，所述的上層聚丙烯微孔膜1與下層聚丙烯微 孔膜2之間還設有一聚四氟乙烯微孔膜5，所述的鋰離子電池用複合隔膜由層層疊加覆合 而成。實施例二參照圖2、該實用新型的鋰離子電池用複合隔膜包含一隔膜，所述的隔膜由上層聚 乙烯微孔膜3與下層聚乙烯微孔膜4所形成，所述的上層聚乙烯微孔膜3與下層聚乙烯微 孔膜4之間還設有一聚四氟乙烯微孔膜5，所述的鋰離子電池用複合隔膜由層層疊加覆合 而成。
權利要求1. 一種鋰離子電池用複合隔膜，它包括一隔膜，所述的隔膜由上層聚丙烯微孔膜(1) 與下層聚丙烯微孔膜( 或上層聚乙烯微孔膜C3)與下層聚乙烯微孔膜(4)所形成，其特 徵在於所述的上層聚丙烯微孔膜(1)與下層聚丙烯微孔膜( 之間或上層聚乙烯微孔膜 (3)與下層聚乙烯微孔膜(4)之間設有一聚四氟乙烯微孔膜(5)。
專利摘要一種鋰離子電池用複合隔膜。它包括一隔膜，所述的隔膜由上層聚丙烯微孔膜與下層聚丙烯微孔膜或上層聚乙烯微孔膜與下層聚乙烯微孔膜所形成，其特徵在於所述的上層聚丙烯微孔膜與下層聚丙烯微孔膜之間或上層聚乙烯微孔膜與下層聚乙烯微孔膜之間設有一聚四氟乙烯微孔膜。本實用新型的鋰離子電池用複合隔膜不但具有鋰電池隔膜的低閉孔溫度，還同時具有高破膜溫度的性能，而且，切實保障了鋰電池在使用過程中的安全可靠性。本實用新型的鋰離子電池用複合隔膜可適用於作為鋰電池的正極和負極之間的隔膜。
文檔編號C08L23/12GK201877484SQ201020541429
公開日2011年6月22日 申請日期2010年9月25日 優先權日2010年9月25日
發明者黃斌香, 黃磊 申請人:上海市凌橋環保設備廠有限公司