專利名稱：一種鋰離子電池隔膜及高溫熱穩(wěn)定型鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤指一種鋰離子電池隔膜及一種高溫熱穩(wěn)定型鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池(簡稱鋰離子電池)由正極、負極、電解液、隔膜及包裝等構(gòu)成。隔膜位于鋰離子電池的正極和負極之間，隔開正極和負極，避免正負極的直接接觸導(dǎo)致局部短路，減少自放電而產(chǎn)生的電池缺陷和可靠性安全問題。常采用的鋰離子電池隔膜材料為聚烯烴多微孔薄膜，一般為單層或者多層的聚烯烴復(fù)合膜(圖1)。目前實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的是聚丙烯多孔膜(PP膜)和聚乙烯多孔膜(PE膜)和PP/PE/PP的三層復(fù)合膜。隔膜在鋰離子電池中的作用是實現(xiàn)正負極的電子絕緣，同時由于微孔結(jié)構(gòu)，和電解液一起提供了離子導(dǎo)電途徑。目前常用的鋰離子電池隔膜厚度大概是5 — 4 O微米，微孔的平均孔徑為50-200 納米?？紫堵史秶话闶?0-70%。鋰離子電池的隔膜的厚度，平均孔徑和孔隙率確定了隔膜的離子導(dǎo)電的電阻。在鋰離子電池由于外界溫度升高或者內(nèi)部缺陷導(dǎo)致隔膜的溫度升高時，聚烯烴材料會發(fā)生軟化膨脹，造成孔徑變小，孔隙率縮??；采用含有PE材質(zhì)的隔膜大約在130度附近孔徑會迅速減小，空隙迅速降低，迅速的提升了隔膜的離子導(dǎo)電的阻抗，造成電池的電阻迅速升高，從而減少電池的電流，減少由于外部短路外部高溫帶來的不良影響。 這個現(xiàn)象通常稱為“閉孔”或者“熱關(guān)斷”。這個臨界溫度通常稱作“閉孔溫度”或者“熱關(guān)斷溫度”。這個特性對于電池的安全性能提升有積極的作用。當溫度進一步升高，聚烯烴材料會發(fā)生熔化，造成多孔聚烯烴膜的尺寸收縮，局部出現(xiàn)孔洞，變形。這個溫度稱作“熔化溫度”。熔化溫度通常對于聚烯烴材料大約是 150-180°C左右。當電池隔膜處于熔化溫度附近時，由于尺寸收縮，孔洞出現(xiàn)，隔膜基本上不能夠提供電子導(dǎo)電隔斷的基本功能，通常會發(fā)生電池的燃燒爆炸的事故。采用聚烯烴材質(zhì)的隔膜通常在130-150°C左右會產(chǎn)生熱收縮形變，尺寸收縮導(dǎo)致電池的正極和負極直接接觸。這個特性導(dǎo)致電池的可靠性能下降。例如在隔膜上存在局部的透孔缺陷時，或者由于內(nèi)部的金屬顆粒，金屬毛刺刺穿造成電池的內(nèi)部短路時，短路點由于大電流流過，局部的溫升或超過150度，達到聚烯烴膜的熔化溫度，由于常規(guī)聚烯烴材質(zhì)的特性，會造成收縮，致使局部的短路點進一步擴大，帶來更高的溫升。最終可能致使電池熱失控，造成電池的燃燒或者爆炸。內(nèi)部的溫升還可能是由于在一些電池濫用的條件下產(chǎn)生的，例如外部針刺，機械擠壓，過充電，過放電等等。常規(guī)的聚烯烴隔膜在高溫下不能夠提供足夠的絕緣保障。針對這個問題，常規(guī)的隔膜制造商也會通過改良配方，從采用單一的PP、PE原材料改良到采用超高分子量的材料，進行耐高溫的材質(zhì)添加，或者采取共擠出復(fù)合材料的技術(shù)，能夠在一定程度上將熔化溫度提高。但是帶來設(shè)備成本變化，原材料成本提升。其他的性能例如可靠性，電化學(xué)兼容性都需要認證。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，完成上述任務(wù)，本發(fā)明一種鋰離子電池隔膜及高溫熱穩(wěn)定型鋰離子電池采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明一種鋰離子電池隔膜，包括作為基層的聚烯烴微孔薄膜，在所述聚烯烴微孔薄膜的一側(cè)表面上或者兩側(cè)表面上制作納米陶瓷材料涂層，所述納米陶瓷材料涂層的成分包括納米級的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼、氮化鋁中任意一種或其中的任意一種氧化物與任意一種氮化物的組合，所述納米陶瓷材料涂層的成分還包括粘結(jié)劑。粘結(jié)劑采取鋰離子電池常用的PVDF或者SBR系列，或者電化學(xué)性能穩(wěn)定的聚丙烯酸鈉系列粘結(jié)劑，主要作用是提供納米陶瓷材料涂層的穩(wěn)定形成，同時與聚烯烴微孔薄膜本身粘結(jié)。對于容量大約為100-5000mAh的小容量鋰離子電池，聚烯烴微孔薄膜的厚度為 5 20微米；對于容量通常為5Ah-200Ah的大容量的汽車動力電池及儲能電池，聚烯烴微孔薄膜的厚度為10 30微米。對于容量為100-5000mAh的小容量鋰離子電池，其單側(cè)納米陶瓷材料涂層的厚度為1 5um ；對于容量通常為5Ah-200Ah的大容量的汽車動力電池及儲能電池，其單側(cè)納米陶瓷材料涂層的厚度為1 10um。對于單側(cè)納米陶瓷材料涂層在5um以下的，所述納米級的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼及氮化鋁各自的平均顆粒直徑為300 1000納米。單側(cè)納米陶瓷材料涂層在5 IOum之間者，所述納米級的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼及氮化鋁各自的平均顆粒直徑為700 2500納米。構(gòu)成所述納米陶瓷材料涂層的納米陶瓷材料的平均粒徑大于聚烯烴微孔薄膜的平均孔徑，或者，所述納米級的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼及氮化鋁各自的最小顆粒度(Dmin)大于聚烯烴微孔薄膜的最大孔徑(dmax)。制作所述納米陶瓷材料涂層的流程如下
第一步對聚烯烴微孔薄膜的處理檢查聚烯烴微孔薄膜的潤濕性，聚烯烴微孔薄膜的潤濕性以達因筆來測試，測量的數(shù)值以達因表示；對于聚丙烯酸鈉系列之水溶性的粘結(jié)劑，則要根據(jù)聚烯烴微孔薄膜的表面張力進行電暈處理，使得聚烯烴微孔薄膜表面的達因數(shù)值在50以上；對于PVDF系列粘結(jié)劑，采用NMP (N甲基吡咯烷酮)作溶劑，則聚烯烴微孔薄膜表面不需要進行電暈處理。
第二步準備納米陶瓷材料涂層漿料將準備好的去離子水、粘結(jié)劑水溶液、溶劑及陶瓷粉末按照一定的配比加入攪拌設(shè)備攪勻，攪拌設(shè)備需要具備高速剪切分散功能，分散盤的剪切速度在RPM2000-3000之間，攪拌時間約為三個小時；必要時進球磨以保證分散性能、不結(jié)團及不沉降；球磨完成后，緩慢攪拌，同時根據(jù)氣泡狀況是否進行真空除泡操作。如采用PVDF粘結(jié)劑，則需要使用NMP溶劑將PVDF充分溶解后加入納米陶瓷材料進行攪拌。三步將準備的納米陶瓷材料涂層漿料用刮膜刀，或者用刮膜器均勻的涂在經(jīng)處理的聚烯烴微孔薄膜上；也可以采用移印試驗臺制納米陶瓷材料涂層；
第四步60°C運風烘箱烘干，需要30 60分鐘。采用PVDF粘結(jié)劑時需要根據(jù)實際情形適當延長烘干時間。第五步如果需要雙面納米陶瓷材料涂層，在聚烯烴微孔薄膜的另一側(cè)面上重復(fù)第三步及第四步的處理即可。本發(fā)明高溫熱穩(wěn)定型鋰離子電池，其包括正極、負極、電解液、隔膜及包裝，所述隔膜采用本發(fā)明的一種鋰離子電池隔膜。本發(fā)明的有益效果在于由于常規(guī)隔膜表面(聚烯烴微孔薄膜)引入了耐高溫納米陶瓷材料，比常規(guī)的隔膜表層提供了更好的絕緣性能，尤其是在高溫130°C，150°C及180°C 的時候，避免了常規(guī)隔膜的熱收縮帶來的進一步的內(nèi)部絕緣性能破壞導(dǎo)致鋰電池的熱失控，從而改善了鋰離子電池的高溫熱穩(wěn)定性，提高了鋰離子電池的安全可靠性。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的隔膜示意圖2為本發(fā)明隔膜示意圖(實施例之一)； 圖3為本發(fā)明隔膜示意圖(實施例之二)； 圖4為本發(fā)明隔膜熱收縮測試示意圖5為一種高溫穩(wěn)定型鋰離子電池其正極、負極及隔膜配置示意圖(主視圖)； 圖6為一種高溫穩(wěn)定型鋰離子電池其正極、負極及隔膜配置示意圖(側(cè)視剖面圖)。圖中1、聚烯烴微孔薄膜；2、納米陶瓷材料涂層；3、正極；4、負極；5、隔膜；6、受熱前；7、受熱后。
具體實施例方式下面，結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的具體實施方式
。如圖1至圖6所示，本發(fā)明是在常規(guī)的鋰離子電池隔膜聚烯烴多孔薄膜1的表面制作納米陶瓷材料涂層2。納米陶瓷材料涂層2采用耐高溫的陶瓷材料通常為納米級氧化鋯，氧化鋁，氧化硅，氧化鈦，氮化硅，氮化硼，氮化鋁等其他金屬和非金屬的氧化物，金屬與非金屬的氮化物。納米陶瓷材料涂層2可以在聚烯烴多孔薄膜1的一側(cè)(圖2、或者兩側(cè)(圖3)進行。納米陶瓷材料涂層2主要有金屬和非金屬的氧化物，氮化物，粘結(jié)劑，和其他的添加材料。粘結(jié)劑通常采取鋰離子電池常用的PVDF，或者SBR系列，或者電化學(xué)性能穩(wěn)定的聚丙烯酸鈉系列粘結(jié)劑，主要的作用是提供膜層的穩(wěn)定形成，同時與聚烯烴多孔薄膜本身粘結(jié)。經(jīng)過納米陶瓷材料涂層2處理的隔膜5，在130°C、150°C及180°C進行熱收縮測試時(圖4)發(fā)現(xiàn)熱收縮性能明顯減少，機械尺寸的穩(wěn)定性優(yōu)越于未經(jīng)過納米陶瓷材料涂層處理的常規(guī)隔膜。在鋰離子電池內(nèi)部局部缺陷或者濫用條件下，由于經(jīng)過納米陶瓷材料涂層處理的隔膜的熱穩(wěn)定性，阻止了由于隔膜收縮導(dǎo)致的缺陷放大帶來的進一步短路和溫升，大大減低了電池發(fā)生可靠性問題和燃燒爆炸的幾率。對于小容量鋰離子電池，容量大約為100-5000mAh，通常聚烯烴微孔薄膜1的厚度為5 20微米；對于大容量的汽車動力電池及儲能電池，容量通常為5Ah-200Ah，通常聚烯烴微孔薄膜1的厚度為10 30微米。對于小容量電池一般采用的單側(cè)納米陶瓷材料涂層 2的厚度為1 5um，對于大容量電池單側(cè)納米陶瓷材料涂層2的厚度一般為1 10um。進行納米陶瓷材料涂層2處理的前后，根據(jù)聚烯烴微孔薄膜1的孔隙率，可以根據(jù)實際應(yīng)用的需求，對于納米陶瓷材料涂層2的氧化鋯，氧化鋁，氧化硅，氧化鈦，氮化硅，氮化硼及氮化鋁各自的粒徑和粘結(jié)劑的比例進行不同的配比，來調(diào)節(jié)納米陶瓷材料涂層2完成后的隔膜(或稱復(fù)合隔膜)的總體孔隙率。用于構(gòu)成陶瓷納米材料涂層2的耐高溫納米陶瓷材料的選擇，主要需要滿足以下的要求電子絕緣，具備在鋰離子電池中電化學(xué)穩(wěn)定的特性，在空氣中保存不容易氧化和水解；材質(zhì)本身可以在200°C以上的高溫環(huán)境中保持穩(wěn)定。氧化鋯，氧化鋁，氧化硅，氧化鈦， 氮化硅，氮化硼及氮化鋁各自的顆粒粒徑大小根據(jù)聚烯烴微孔薄膜1的平均孔徑、期望的納米陶瓷材料涂層2厚度及納米陶瓷材料涂層2完成后隔膜5的平均孔徑和孔隙率進行選擇優(yōu)化。一般對于納米陶瓷材料涂層2在5um以下的，選取平均顆粒直徑D50大約300 1000納米的納米材料。納米陶瓷材料涂層在5 10 um的，可考慮選取平均顆粒直徑大約為700 2500納米的納米陶瓷材料。所述納米級的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼及氮化鋁各自的形貌對于完成納米陶瓷材料涂層2后的隔膜5 (或稱復(fù)合隔膜)耐熱收縮性能和空隙性能具有較大的影響。為了使聚烯烴微孔薄膜1的孔隙率在納米陶瓷材料涂層2形成前后保持不變或者變化較少，構(gòu)成納米陶瓷材料涂層的納米陶瓷材料的平均粒徑大于聚烯烴微孔薄膜的平均孔徑，最好是納米級的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼及氮化鋁各自的最小粒徑(Dmin)大于基烯烴微孔薄膜的最大孔徑(dmax)。帶有納米陶瓷材料涂層的隔膜要維持高溫下的尺寸的穩(wěn)定性，保持在130°C以上單方向尺寸收縮率小于5%，150°C時的尺寸收縮率小于10%，對于納米陶瓷材料涂層2的厚度和納米陶瓷顆粒的形貌進行優(yōu)化可以滿足。對于粉體材料的平均粒徑D50的定義一個樣品粉體的累計粒度分布百分數(shù)達到 50%時所對應(yīng)的顆粒直徑(粒徑)。它的物理意義是粒徑直徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%，D50也叫中位徑或中值粒徑。Dmax和Dmin代表在粉體粒徑測量中最大的顆粒對應(yīng)的直徑。對于粉體材料的粒徑測量一般采用激光法進行測量，設(shè)備采用英國Malvern Instruments公司的激光粒度儀。對于精確測量也可以采用電子掃描顯微鏡SEM進行精細測量。對于多孔材料例如隔膜本身，微孔徑的測量一般采用壓汞法進行測量。通常采用美國康塔公司(Quantachrome Instruments)的Poremaster設(shè)備進行測量。微孔材料的 d50代表微孔材料中的累計孔徑分布百分數(shù)達到50%是對應(yīng)的孔的直徑。物理意義上是孔徑大于它的微孔占50%，小于它的孔徑也占50%。也稱作平均孔徑或者中位孔徑。dmax和 dmin分別代表在微孔孔徑測量中的最大和最小的孔對應(yīng)的直徑。構(gòu)成納米陶瓷材料涂層2的粘結(jié)劑，一般選擇與目前電池體系兼容的粘結(jié)劑。常用的鋰離子電池粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯樹脂，即PVDF樹脂。PVDF樹脂主要是指聚偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯與其他少量含氟乙烯基單體的共聚物，后者通常稱為為PVDF-HFP。另外一種常用的鋰離子電池粘結(jié)劑為使用去離子水做溶劑的丁苯橡膠styrene butadiene rubber (SBR)。PVDF與PVDF-HFP需要溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑中的。SBR為水溶性的乳液粘結(jié)劑。PVDF系列的粘結(jié)劑在鋰離子電池中，與電解液一起發(fā)生溶脹，在加熱的條件下與正負極的PVDF系列粘結(jié)劑進行粘合，從而使電池的隔膜與正負極或者其中一個進行粘合。除了采用鋰離子電池中用到的粘結(jié)劑外，可以用做納米陶瓷材料涂層的粘結(jié)劑還有聚丙烯酸(PAA)類，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的樹脂等。
常規(guī)的隔膜一般為單層或者多層的聚烯烴復(fù)合膜(圖1)。在常規(guī)的隔膜生產(chǎn)過程中，聚烯烴母粒材料經(jīng)過與溶劑混合，混煉熱熔經(jīng)過擠出機擠出，再經(jīng)過單向或者雙向的拉伸工藝和清洗工藝形成卷材。如圖1所示。膜材的長度方向沿機器方向，簡稱MD(maChine direction)。寬度方向垂直于設(shè)備的方向成為TD (transverse direction)。在含有納米陶瓷材料涂層組成的隔膜(或復(fù)合隔膜)受熱時，常規(guī)隔膜會有收縮的趨勢，但是主要由納米陶瓷顆粒構(gòu)成的耐高溫材料層本身沒有發(fā)生收縮，阻止了基材材料的收縮，從而維持隔膜(或復(fù)合隔膜)整體尺寸的變化大大減少(如圖4所示)。在鋰離子電池中，正極，負極，隔膜的位置和尺寸關(guān)系如圖5及圖6.隔膜為了將正極和負極隔開，在長度，寬度方面都大于正極和負極。鋰離子電池負極作為鋰離子的受體，尺寸上在長度和寬度上都要大于正極。簡單描述為尺寸上隔膜>負極>正極。在圖5 及圖6的表示中，Ll和L2大于零。dl及d2大于零。實際的電池設(shè)計和制造過程中，考慮到電池的整體的容量密度，一般情況下，dl大約為0 2mm，d2大約為0 2 mm。Ll 一般為2 15 mm, L2 一般為5 30mm。
電池生產(chǎn)的時候，一般是將隔膜長度方向MD與電池的極板方向一致，寬度方向TD與電池的極板寬度方向一致(參見圖1中MD及TD的標示)。在鋰離子電池中，由于TD方向的余量dl，d2典型值只有2mm，外部條件受熱或者內(nèi)部短路受熱時，在鋰離子電池中隔膜的TD方向上隔膜收縮造成正極和負極直接接觸的內(nèi)部短路。短路一旦形成，在短路點會繼續(xù)產(chǎn)生熱，造成隔膜的進一步收縮，進一步短路的惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致電池失效或者燃燒爆炸。納米陶瓷材料涂層的構(gòu)成中有94%質(zhì)量分數(shù)的納米粉末(如α -氧化鋁，D50為 650nm, Dmin約400nm，Dmax約為1300nm)，5%的PMMA粘結(jié)劑，和其他1%用來調(diào)節(jié)漿料粘度的一些稀釋劑或者增稠劑。制作漿料時，先加入適量的去離子水，然后加入粘結(jié)劑，最后加入氧化鋁或者其他陶瓷粉體。通常為了保證納米陶瓷材料涂層2的整體性，納米陶瓷材料涂層2不至于掉粉，粘結(jié)劑的組分不少于3%，為了保證高溫下材料不變形收縮，單側(cè)納米陶瓷材料涂層2的厚度不小于3um，納米陶瓷材料的質(zhì)量分數(shù)不少于93%。納米陶瓷料涂層2中含有氮化鋁顆粒，氮化鋁顆粒除了具備氧化鋁陶瓷的特征外，還具備優(yōu)秀的熱傳導(dǎo)功能。氮化鋁材料的熱傳導(dǎo)能力氧化鋁材料的熱傳導(dǎo)能力優(yōu)秀很多倍。在受熱收縮時，尤其是局部高溫點，例如內(nèi)部短路時，由于氮化鋁顆粒的優(yōu)秀的導(dǎo)熱特性，可以將局部的熱收縮控制到較小的程度。下面，介紹對本發(fā)明具有納米陶瓷材料涂層的隔膜(或稱復(fù)合隔膜)，進行高溫加熱測試的尺寸變化。采用濕法的單層PE材質(zhì)的薄膜作為基材和參考隔膜。分別采用氧化鋁和氮化鋁陶瓷納米粉與PMMA聚甲基丙烯酸甲酯水溶液混合作為納米陶瓷材料涂層材料。 納米陶瓷材料涂層采用實驗涂膜機涂在基材P E隔膜上。厚度控制5 um左右。分別裁取1 Q c m xlOcm常規(guī)隔膜和復(fù)合隔膜進行高溫的存儲測試。測試條件為90°C，130°C， 150°C，180°C。時間分別為60min，30min, IOmin0 130°C和150°C為常規(guī)的聚乙烯隔膜的閉孔和熔化溫度，150°C和180°C分別為傳統(tǒng)的聚丙烴隔膜的閉孔溫度和熔化溫度。測試時， 將被測樣品夾在平整的金屬薄板之間。烘箱的溫度升到設(shè)定溫度后，將準備好的夾在金屬板間的被測件放入到烘箱中。在烘箱烘烤前后分別測試隔膜的長寬H和W，H1，W1。將烘烤后的HlXWl除以烘烤前的HXW，與1相減，就可以得到隔膜的熱收縮率S。S%=1_ (HlXWl)/ (HXW)。見圖4為參考。由于MD方向的隔膜余量預(yù)留較多，有時在考察收縮率的時候只考察T D方向的尺寸收縮率。Sw%= 1- W1/W。
實驗結(jié)果證明，進行表面納米陶瓷材料涂層形成的隔膜5 (或稱復(fù)合隔膜)在熱收縮性能上具有優(yōu)勢，對于電池的熱穩(wěn)定性和安全性能有很大的提升。下面的表格列出了實驗的測試結(jié)果。實驗選用濕法聚乙烯隔膜。ALO表示采用氧化鋁作為納米陶瓷材料涂層材料。ALN表示采用氮化鋁作為納米陶瓷材料涂層的材料。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池隔膜，包括作為基層的聚烯烴微孔薄膜，其特征在于在所述聚烯烴微孔薄膜的一側(cè)表面上或者兩側(cè)表面上制作納米陶瓷材料涂層，所述納米陶瓷材料涂層的成分包括納米級的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼、氮化鋁中任意一種或其中的任意一種氧化物與任意一種氮化物的組合，所述納米陶瓷材料涂層的成分還包括粘結(jié)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜，其特征在于粘結(jié)劑采取鋰離子電池常用的PVDF，或者SBR系列，或者電化學(xué)性能穩(wěn)定的聚丙烯酸鈉系列粘結(jié)劑，主要作用是提供納米陶瓷材料涂層的穩(wěn)定形成，同時與聚烯烴微孔薄膜本身粘結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜，其特征在于對于容量大約為 100-5000mAh的小容量鋰離子電池，聚烯烴微孔薄膜的厚度為5 20微米；對于容量通常為5Ah-200Ah的大容量的汽車動力電池及儲能電池，聚烯烴微孔薄膜的厚度為10 30微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜，其特征在于對于容量為100-5000mAh 的小容量鋰離子電池，其單側(cè)納米陶瓷材料涂層的厚度為1 5um;對于容量通常為 5Ah-200Ah的大容量的汽車動力電池及儲能電池，其單側(cè)納米陶瓷材料涂層的厚度為1 IOum0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜，其特征在于對于單側(cè)納米陶瓷材料涂層在5um以下的，所述納米級的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼及氮化鋁各自的平均顆粒直徑為300 1000納米；單側(cè)納米陶瓷材料涂層在5 IOum者，所述納米級的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼及氮化鋁各自的平均顆粒直徑為 700 2500納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜，其特征在于構(gòu)成所述納米陶瓷材料涂層的納米陶瓷材料的平均粒徑大于聚烯烴微孔薄膜的平均孔徑，或者，所述納米級的氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼及氮化鋁各自的最小顆粒度Dmin大于聚烯烴微孔薄膜的最大孔徑dmax。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜，其特征在于制作所述納米陶瓷材料涂層的流程如下第一步對聚烯烴微孔薄膜的處理檢查聚烯烴微孔薄膜的潤濕性，聚烯烴微孔薄膜的潤濕性以達因筆來測試，測量的數(shù)值以達因表示；對于SBR和聚丙烯酸鈉系列之水溶性或者以水做溶劑的粘結(jié)劑，則要根據(jù)聚烯烴微孔薄膜的表面張力進行電暈處理，使得聚烯烴微孔薄膜表面的達因數(shù)值在50以上；對于PVDF系列粘結(jié)劑，采用NMP溶劑，則聚烯烴微孔薄膜表面不需要進行電暈處理；第二步準備納米陶瓷材料涂層漿料將準備好的去離子水、粘結(jié)劑水溶液、溶劑及陶瓷粉末按照一定的配比加入攪拌設(shè)備攪勻，攪拌設(shè)備需要具備高速剪切分散功能，分散盤的剪切速度在RPM2000-3000之間，攪拌時間約為三個小時；必要時進球磨以保證分散性能、不結(jié)團及不沉降；球磨完成后，緩慢攪拌，同時根據(jù)氣泡狀況是否進行真空除泡操作； 如采用PVDF粘結(jié)劑，則需要使用NMP溶劑將PVDF充分溶解后加入納米陶瓷材料進行攪拌； 第三步將準備的納米陶瓷材料涂層漿料用刮膜刀，或者用刮膜器均勻的涂在經(jīng)處理的聚烯烴微孔薄膜上；也可以采用移印試驗臺制納米陶瓷材料涂層；第四步60°C運風烘箱烘干，需要30 60分鐘；采用PVDF粘結(jié)劑時需要根據(jù)實際情形適當延長烘干時間；第五步如果需要雙面納米陶瓷材料涂層，在聚烯烴微孔薄膜的另一側(cè)面上重復(fù)第三步及第四步的處理即可。
8.高溫熱穩(wěn)定型鋰離子電池，包括正極、負極、電解液、隔膜及包裝，其特征在于所述隔膜采用權(quán)利要求1至權(quán)利要求7所述的任意一種鋰離子電池隔膜。
全文摘要
一種鋰離子電池隔膜及高溫熱穩(wěn)定型鋰離子電池，涉及鋰離子電池。該隔膜，包括作為基層的聚烯烴微孔薄膜，在聚烯烴微孔薄膜的一側(cè)表面上或者兩側(cè)表面上制作納米陶瓷材料涂層，納米陶瓷材料涂層的成分包括氧化鋯、氧化鋁、氧化硅、氧化鈦、氮化硅、氮化硼、氮化鋁中任意一種或其中的任意一種氧化物與任意一種氮化物的組合，納米陶瓷材料涂層的成分還包括粘結(jié)劑。由于常規(guī)隔膜表面引入了耐高溫納米陶瓷材料，比常規(guī)的隔膜提供了更好的絕緣性能，尤其是在高溫130℃，150℃及180℃時，避免了常規(guī)隔膜的熱收縮帶來的進一步的內(nèi)部絕緣性能破壞導(dǎo)致鋰電池的熱失控，從而改善了鋰離子電池的高溫熱穩(wěn)定性，提高了鋰離子電池的安全可靠性。
文檔編號H01M10/0525GK102437302SQ20111037958
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者劉勇標 申請人:東莞市比比克電子科技有限公司