專利名稱：一種鋰離子電池及其隔膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有粗糙表面的隔膜及包含該隔膜的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，自然資源特別是不可循環(huán)利用的難再生資源的過度開采與使用，煤和石油等自然資源很快就會(huì)消耗殆盡，在這種背景下，人們正在不斷尋找新的綠色可替代能源。隨著能源替代產(chǎn)品的不斷進(jìn)步與發(fā)展，鋰離子電池逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。鋰離子電池是一種可多次重復(fù)利用的無污染的綠色二次能源，符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求，因而越來越受到業(yè)界人士的青睞，有著廣闊的應(yīng)用前景。但是隨著近幾年鋰離子電池制造技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)電池性能和外觀的要求也越來越高。在生產(chǎn)過程中，由于受到材料和工藝技術(shù)的限制，對(duì)生產(chǎn)制造企業(yè)來說，電芯變形和電芯尺寸的一致性不佳，以及電芯的硬度不足和電芯的安全性不夠等等都是亟待解決的問題。鋰離子電池一般包括電芯和容納所述電芯的包裝殼，以及灌注在所述包裝殼內(nèi)的電解液，所述電芯包括正極、負(fù)極，以及間隔于正極和負(fù)極之間的隔膜。其中，正極、隔膜和負(fù)極一般通過卷繞工藝或疊片工藝制成電芯。為了解決上述問題，我們進(jìn)行了大量的試驗(yàn)工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隔膜與正負(fù)極膜片的界面是問題的關(guān)鍵所在由于普通的隔膜表面相對(duì)光滑，在卷繞時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致隔膜與極片 (包括正極片和負(fù)極片)在寬度與長(zhǎng)度方向上的微小錯(cuò)位，進(jìn)而造成卷繞后電池的尺寸不合格，而且在灌注電解液后相當(dāng)于給隔膜和極片間加入了潤(rùn)滑劑，隔膜與膜片的相對(duì)滑動(dòng)就會(huì)使電芯變形或變軟，甚至出現(xiàn)電芯內(nèi)短路，導(dǎo)致安全隱患。有鑒于此，確有必要提供一種能夠改善電芯變形、電芯硬度不足和尺寸一致性不佳等問題、并能改善電池安全性能的隔膜以及包含該隔膜的鋰離子電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種能夠改善電芯變形、電芯硬度不足和尺寸一致性不佳等問題、并能改善電芯安全性能的隔膜。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種鋰離子電池用隔膜，所述隔膜的至少一面為經(jīng)過粗化處理的粗糙表面，所述粗糙表面的粗糙度為O. 5 5 μ m，當(dāng)隔膜的粗糙度小于O. 5 μ m時(shí)，改善效果不明顯；當(dāng)隔膜的粗糙度大于5 μ m時(shí)，因隔膜的粗糙度太大，抽針時(shí)會(huì)因摩擦阻力增大而變得困難，需要改造加工件或在卷針上開槽，減小隔膜與卷針的接觸面積，并在下料時(shí)通氣，避免卷針在抽出時(shí)，大氣壓對(duì)隔膜與卷針產(chǎn)生的壓力，增加了工序上的麻煩。作為本發(fā)明鋰離子電池用隔膜的一種改進(jìn)，所述粗糙表面的粗糙度為I 3μπι。
作為本發(fā)明鋰離子電池用隔膜的一種改進(jìn)，所述粗化處理是用帶有預(yù)定紋路的磨砂機(jī)構(gòu)在所述隔膜的至少一個(gè)表面進(jìn)行摩擦處理。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于原理簡(jiǎn)單，操作方便。作為本發(fā)明鋰離子電池用隔膜的一種改進(jìn)，所述預(yù)定紋路為經(jīng)過拋光處理的細(xì)密球冠狀紋路，所述球冠的直徑小于O. 5mm。球冠直徑過大會(huì)造成隔膜破損，而且破壞了其處理的連續(xù)性。作為本發(fā)明鋰離子電池用隔膜的一種改進(jìn)，所述粗化處理是將隔膜浸潰在誘導(dǎo)體溶液中進(jìn)行化學(xué)處理，這種方法的優(yōu)勢(shì)在于處理效果更均勻，而且可以消除隔膜本身的靜電。作為本發(fā)明鋰離子電池用隔膜的一種改進(jìn)，所述誘導(dǎo)體溶液為將多價(jià)醇界面活性劑誘導(dǎo)體FS-202溶于乙酸乙酯和丙酮得到的溶液。作為本發(fā)明鋰離子電池用隔膜的一種改進(jìn)，所述多價(jià)醇界面活性劑誘導(dǎo)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I. O 5.0%，乙酸乙酯和丙酮的質(zhì)量比為O. 4 : I 5 : I。作為本發(fā)明鋰離子電池用隔膜的一種改進(jìn)，所述隔膜的基體材料為聚丙烯(PP)、 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)與聚乙烯(PE)的復(fù)合隔膜、聚酰亞胺和非織造物中的一種。作為本發(fā)明鋰離子電池用隔膜的一種改進(jìn)，所述隔膜的厚度為10 30μπι，拉伸強(qiáng)度為20 IOOkPa,孔隙率為30 50%，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)第一，將所述隔膜用于鋰離子二次電池卷繞時(shí)，卷針與隔膜之間的摩擦力增大，不易產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而保證了卷繞尺寸的一致性和卷繞外觀效果；第二，使用所述隔膜作為正極與負(fù)極的“電子隔板”一其兩面分別與正負(fù)極極片相連，因其表面蓬松粗糙化程度提高，使得其與正負(fù)極極片貼合度更好，靜摩擦力提高，所以正負(fù)極極片與隔膜不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的滑動(dòng)錯(cuò)位，從而保證了其制作出的電池不易變形，大大降低了電芯的變形率；第三，由于正負(fù)極極片與隔膜不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的滑動(dòng)錯(cuò)位，從而使其接觸表面更加穩(wěn)定，不僅提升了電芯的硬度，而且避免了正負(fù)極之間接觸導(dǎo)致的安全問題。第四，通過粗化處理的隔膜僅僅改變了其表界面性質(zhì)，而原有隔膜的機(jī)械強(qiáng)度、透氣性能、孔徑大小及其排布等并未改變，因此，并不會(huì)影響電池的電性能。相反，甚至因?yàn)槠浔砻媾钏纱植?，增加了其?duì)電解液的吸收能力與保持能力，利于提高鋰離子電池的循環(huán)性倉泛。第五，本發(fā)明實(shí)施方法多樣，且工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種鋰離子電池，包括正極極片、負(fù)極極片、間隔于正極極片和負(fù)極極片之間的隔膜，以及電解液，所述隔膜為上述段落所述的隔膜。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明鋰離子電池由于其隔膜表面具有較大的粗糙度，使得隔膜與正負(fù)極極片不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的滑動(dòng)錯(cuò)位，使其接觸表面更加穩(wěn)定，不僅提升了電芯的硬度，也提升了電池的尺寸一致性和安全性能，改善了電池的變形問題。此外，由于蓬松的隔膜表面具有儲(chǔ)液功能，因此本發(fā)明鋰離子電池具有較好的循環(huán)性能。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明及其有益技術(shù)效果進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1為本發(fā)明對(duì)比例1中的隔膜的掃描電鏡(SEM)表面形貌圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中的隔膜的掃描電鏡(SEM)表面形貌圖；圖3為本發(fā)明對(duì)比例1至3和實(shí)施例1至3的電池的硬度測(cè)試曲線圖；圖4為本發(fā)明對(duì)比例1至3和實(shí)施例1至3的電池的常溫循環(huán)性能測(cè)試曲線圖；圖5為本發(fā)明對(duì)比例1至3和實(shí)施例1至3的電池的高溫(45°C )循環(huán)性能測(cè)試 曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，但是，本發(fā)明的實(shí)施例并不 局限于此。對(duì)比例負(fù)極極片的制備以石墨為負(fù)極活性材料，其重量含量為95% ;以丁苯橡膠(SBR) 為粘結(jié)劑，其重量含量為2% ;以碳黑為導(dǎo)電劑，其重量含量為3% ;將上述材料加入到去離 子水中攪拌均勻制成負(fù)極漿料；將負(fù)極漿料均勻涂布在銅箔上，烘干壓實(shí)后經(jīng)裁片、焊接負(fù) 極極耳，制得負(fù)極極片。正極極片的制備以鈷酸鋰(LiCo02)為正極活性材料，其重量含量為96% ;以聚 偏氟乙烯(PVDF)為粘結(jié)劑，其重量含量為2%;以碳黑為導(dǎo)電劑，其重量含量為2%;將上述 材料加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中攪拌均勻制成正極漿料；將正極漿料均勻涂布在鋁箔 上，烘干壓實(shí)后經(jīng)裁片、焊接正極極耳，制得正極極片。隔膜的制備以未經(jīng)粗化處理的聚丙烯微孔膜為隔膜(厚度為10 u m,拉伸強(qiáng)度為 20kPa，孔隙率為30% )。對(duì)所得隔膜進(jìn)行掃描電鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)該隔膜表面比較平滑，只 存在少量的微小凸起(如圖1所示)。用日本三豐(Mitutoyo) SJ-201表面粗糙度測(cè)試儀測(cè) 得其表面粗糙度為0. 1 y m左右。電解液的制備以濃度為1M的六氟磷酸鋰(LiPF6)為鋰鹽，以碳酸乙烯酯(EC)和 碳酸二甲酯(DMC)的混合物為溶劑，碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的重量比為3 7，再加入 2%的電解液添加劑氟代碳酸乙烯酯(FEC)。鋰離子電池的制備將根據(jù)前述工藝制得的負(fù)極極片、正極極片、隔膜依次疊加 后，通過卷繞工藝制得電芯，將電芯裝入電池包裝殼中，經(jīng)陳化、化成、容量等后制得鋰離子 電池。對(duì)比例2與對(duì)比例1的不同之處在于選用的隔膜不同，以未經(jīng)粗化處理的PP/PE/PP微孔膜 為隔膜(厚度為30 u m,拉伸強(qiáng)度為lOOkPa，孔隙率為50% )。對(duì)所得隔膜進(jìn)行掃描電鏡觀 察，可以發(fā)現(xiàn)該隔膜表面比較平滑，只存在少量的微小凸起。用日本三豐(Mitutoyo) SJ-201 表面粗糙度測(cè)試儀測(cè)得其表面粗糙度為0. 2 y m左右。其余同對(duì)比例1，這里不再贅述。對(duì)比例3與對(duì)比例1的不同之處在于選用的隔膜不同，以未經(jīng)粗化處理的非織造布聚對(duì)苯 二甲酸乙二醇酯微孔膜為隔膜(厚度為15^!11，拉伸強(qiáng)度為50砂&，孔隙率為40%)。對(duì)所得隔膜進(jìn)行掃描電鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)該隔膜表面比較平滑，只存在少量的微小凸起。用日本三豐(Mitutoyo) SJ-201表面粗糙度測(cè)試儀測(cè)得其表面粗糙度為O. 3 μ m左右。其余同對(duì)比例1，這里不再贅述。實(shí)施例I負(fù)極極片的制備以石墨為負(fù)極活性材料，其重量含量為95% ;以丁苯橡膠(SBR) 為粘結(jié)劑，其重量含量為2% ;以碳黑為導(dǎo)電劑，其重量含量為3% ;將上述材料加入到去離子水中攪拌均勻制成負(fù)極漿料；將負(fù)極漿料均勻涂布在銅箔上，烘干壓實(shí)后經(jīng)裁片、焊接負(fù)極極耳，制得負(fù)極極片。正極極片的制備以鈷酸鋰(LiCoO2)為正極活性材料，其重量含量為96% ;以聚偏氟乙烯(PVDF)為粘結(jié)劑，其重量含量為2%;以碳黑為導(dǎo)電劑，其重量含量為2%;將上述材料加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中攪拌均勻制成正極漿料；將正極漿料均勻涂布在鋁箔上，烘干壓實(shí)后經(jīng)裁片、焊接正極極耳，制得正極極片。具有粗糖表面隔I吳的制備第一步，磨砂輥的準(zhǔn)備磨砂輥的直徑范圍在30 120mm之間，且輥上布滿經(jīng)過拋光處理的細(xì)密球冠狀紋路，其球冠直徑小于O. 5mm ；第二步，具有粗糙表面的隔膜的制備使用十個(gè)上述的磨砂輥組合成一個(gè)磨砂機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的每個(gè)輥上都備有壓輥滾輪裝置，以保證摩擦效果；接著，將待處理的PP/PE/PP 隔膜(厚度為30 μ m,拉伸強(qiáng)度為IOOkPa,孔隙率為50% )按照S型的傳帶方式依次穿繞過所有滾輪，直至最后的收卷滾筒上；然后啟動(dòng)機(jī)器開始處理隔膜，其速度控制在10 15m/ min,張力控制在5 ΙΟΝ/m之間。對(duì)所得隔膜進(jìn)行掃描電鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)處理的隔膜表面存在有大量蓬松粗糙的微小凸起(如圖2所示)。用(Mitutoyo) SJ-201表面粗糙度測(cè)試儀測(cè)得其表面粗糙度為 4 u m左右。電解液的制備以濃度為IM的六氟磷酸鋰(LiPF6)為鋰鹽，以碳酸乙烯酯(EC) 和碳酸二甲酯(DMC)的混合物為溶劑，碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的重量比為 3 7，再加入2%的電解液添加劑氟代碳酸乙烯酯(FEC)。鋰離子電池的制備將根據(jù)前述工藝制得的負(fù)極極片、正極極片、隔膜依次疊加后，通過卷繞工藝制得電芯，將電芯裝入電池包裝殼中，經(jīng)陳化、化成、容量等后制得鋰離子電池。實(shí)施例2與實(shí)施例I不同的是，有粗糙表面隔膜的制備第一步，處理溶液的制備將多價(jià)醇界面活性劑誘導(dǎo)體(起毛劑FS-202，乳白色液體)溶于乙酸乙酯和丙酮,誘導(dǎo)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在I. O 5%之間，乙酸乙酯和丙酮的質(zhì)量配比為O. 4 : I 5 : I ;第二步，浸潰法處理隔膜將待處理的非織造布聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯隔膜(厚度為15 μ m，拉伸強(qiáng)度為50kPa，孔隙率為40 %)置于盛有上述處理溶液的容器中，處理半小時(shí)后，取出隔膜，在濕度和溫度可控的干燥箱中干燥后得到具有粗糙表面的隔膜。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，可以采取多缸連續(xù)浸潰，在每個(gè)缸的上方設(shè)置溫度和濕度可控的干燥箱。對(duì)所得隔膜進(jìn)行掃描電鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)處理的隔膜表面存在有大量蓬松粗糙的微小凸起。用日本三豐(Mitutoyo) SJ-201表面粗糙度測(cè)試儀測(cè)得其表面粗糙度為3 μ m左右。其余同實(shí)施例I，這里不再贅述。實(shí)施例3與實(shí)施例I不同的是具有粗糙表面隔膜的制備是通過利用高速粒子撞擊隔膜(聚酰亞胺/聚丙烯/聚酰亞胺復(fù)合結(jié)構(gòu)，其厚度為 ο μ m,拉伸強(qiáng)度為20kPa，孔隙率為30 % )， 并輔以騷亂場(chǎng)的控制得到，其余同實(shí)施例I。對(duì)所得隔膜進(jìn)行掃描電鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)處理的隔膜表面存在有較多蓬松粗糙的微小凸起。用日本三豐(Mitutoyo) SJ-201表面粗糙度測(cè)試儀測(cè)得其表面粗糙度為Iym左右。其余同實(shí)施例I，這里不再贅述。將對(duì)比例I至3和實(shí)施例I至3所得電池進(jìn)行如下對(duì)比一，對(duì)實(shí)施例I至3制備出的具有粗糙表面的隔膜與對(duì)比例I至3的隔膜卷繞成電芯的外觀進(jìn)行比較將實(shí)施例I至3制備出的具有粗糙表面的隔膜與對(duì)比例I至3的隔膜在同一臺(tái)卷繞機(jī)上進(jìn)行卷繞，做成電芯，觀察卷繞好的電芯外觀，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，表面蓬松粗糙的隔膜卷繞出的電芯尺寸一致性相對(duì)較好，卷繞出的外觀效果更好。二，對(duì)實(shí)施例I至3制備出的具有粗糙表面的隔膜與對(duì)比例I的隔膜卷繞出的電芯的變形比率做統(tǒng)計(jì)把實(shí)施例I至3制備出的具有粗糙表面的隔膜與對(duì)比例I的隔膜卷繞成電芯，從卷繞到做完容量測(cè)試，統(tǒng)計(jì)在此工序段之間的變形率，所得結(jié)果示于表I。表I為實(shí)施例I至3及對(duì)比例I的電芯變形率
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池用隔膜，其特征在于所述隔膜的至少一面為經(jīng)過粗化處理的粗糙表面，所述粗糙表面的粗糙度為O. 5 5 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池用隔膜，其特征在于所述粗糙表面的粗糙度為 I 3 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池用隔膜，其特征在于定紋路的磨砂機(jī)構(gòu)在所述隔膜的至少一個(gè)表面進(jìn)行摩擦處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池用隔膜，其特征在于處理的細(xì)密球冠狀紋路，所述球冠的直徑小于O. 5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池用隔膜，其特征在于潰在誘導(dǎo)體溶液中進(jìn)行化學(xué)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池用隔膜，其特征在于醇界面活性劑誘導(dǎo)體溶于乙酸乙酯和丙酮得到的溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子電池用隔膜，其特征在于導(dǎo)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I. O 5%，乙酸乙酯和丙酮的質(zhì)量比為O. 4
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池用隔膜，其特征在于丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)與聚乙烯(PE)的復(fù)合隔膜、聚酰亞胺和非織造物中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池用隔膜，其特征在于所述隔膜的厚度為10 30 μ m，拉伸強(qiáng)度為20 IOOkPa,孔隙率為30 50%。
10.一種鋰離子電池，包括正極極片、負(fù)極極片、間隔于正極極片和負(fù)極極片之間的隔膜，以及電解液，其特征在于所述隔膜為權(quán)利要求I至9任一項(xiàng)所述的鋰離子電池用隔膜。:所述粗化處理是用帶有預(yù):所述預(yù)定紋路為經(jīng)過拋光:所述粗化處理是將隔膜浸:所述誘導(dǎo)體溶液為將多價(jià):所述多價(jià)醇界面活性劑誘 :I 5 : I。:所述隔膜的基體材料為聚
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有粗糙表面的隔膜，所述隔膜的至少一面為經(jīng)過粗化處理的粗糙表面，所述粗糙表面的粗糙度為0.5～5μm。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的隔膜具有較大的表面的摩擦系數(shù)和靜摩擦力，在卷繞時(shí)就不會(huì)因卷繞機(jī)的卷芯與隔膜之間相對(duì)滑動(dòng)而出現(xiàn)相對(duì)位置的偏移，不僅提高寬度一致性和卷繞對(duì)齊度，改善了電芯的變形問題，同時(shí)還由于表界面性質(zhì)的變化提升了電芯的硬度。此外，本發(fā)明還提供了一種包含該隔膜的鋰離子電池。
文檔編號(hào)H01M2/18GK102610775SQ201210056118
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者何平, 彭業(yè)軍, 曾毓群, 路超 申請(qǐng)人:東莞新能源科技有限公司, 寧德新能源科技有限公司