一種鋰電池隔膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰電池隔膜，由基層和設(shè)在所述基層一側(cè)上或設(shè)在所述基層兩側(cè)上的有機(jī)或無機(jī)中空粒子膜層構(gòu)成；該鋰電池隔膜，將中空粒子膜層涂布于基材上，隔膜穿刺后，中空結(jié)構(gòu)能夠降低整體的熱傳導(dǎo)速率，以使得基材能有更充裕的時間進(jìn)行熔化閉孔，進(jìn)而起到了安全阻斷的作用。該鋰電池隔膜，能保證電池使用的安全性，同時其相對于多層結(jié)構(gòu)隔膜和陶瓷涂布隔膜，中空粒子可以降低電池整體重量，同時電池電容量可以得到大量提升。
【專利說明】—種鋰電池隔膜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰電池，具體涉及一種鋰電池隔膜。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜四大材料組成。其中隔膜是置于電池正負(fù)極之間的多微孔薄膜，其使鋰離子可以自由通過，同時阻斷正負(fù)極的直接接觸以防止發(fā)生短路。如圖3、圖4和圖5所示，當(dāng)隔膜被外力或電池內(nèi)部刺穿時，電池內(nèi)部會發(fā)生短路，此時隔膜必須能立即發(fā)生熔化閉孔以阻斷短路發(fā)生位置，以避免電池發(fā)生熱爆走而爆炸。
[0003]現(xiàn)今的隔膜有兩類可以起到這作用:1.多層結(jié)構(gòu)隔膜，2.陶瓷涂布隔膜。這兩類都具有阻斷層和支撐層，當(dāng)隔膜被穿刺時會開始發(fā)生局部發(fā)熱，此時隔膜阻斷層如果能快速發(fā)生熔化閉孔，可以避免電池?zé)岜叨ǎ钱?dāng)局部的發(fā)熱速度大於熔化速度時，就無法達(dá)到阻斷作用。
[0004]現(xiàn)今的隔膜有將三氧化二鋁作為涂布粒子涂覆在基層上，其能使隔膜耐熱溫度高，但其無法降低隔膜穿孔局部的發(fā)熱速度；當(dāng)隔膜穿孔局部的發(fā)熱速度大于基層熔化速度時，仍無法達(dá)到阻斷作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種隔膜穿刺后，保證電池使用安全性的鋰電池隔膜。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]該鋰電池隔膜，由基層和設(shè)在所述基層一側(cè)上或設(shè)在所述基層兩側(cè)上的有機(jī)或無機(jī)中空粒子膜層構(gòu)成。
[0008]所述中空粒子膜層以質(zhì)量百分比計(jì):由I %?10 %的黏著劑、I %?10 %的無機(jī)或有機(jī)中空粒子、70 %?95 %的溶劑和3 %?10 %的非溶劑混合構(gòu)成。
[0009]所述黏著劑為聚偏氟乙烯或丙烯酸。
[0010]所述溶劑為丙酮、丁酮和甲苯中的一種或幾種。
[0011 ] 所述非溶劑為丁醇和乙醇中的一種或兩種。
[0012]所述無機(jī)中空粒子為二氧化硅粒子。
[0013]所述有機(jī)中空粒子為丙烯酸粒子、聚乙烯粒子、聚苯乙烯粒子、聚丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和聚亞烯胺粒子中的一種或幾種。
[0014]所述基層為聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯和聚酰亞胺中的一種或幾種。
[0015]所述有機(jī)或無機(jī)中空粒子膜層由單一直徑有機(jī)或無機(jī)中空粒子制成或多種直徑的有機(jī)或無機(jī)中空粒子混合制成。
[0016]所述有機(jī)或無機(jī)中空粒子直徑小于IOOum ;所述有機(jī)或無機(jī)中空粒子膜層厚度為10 ?lOOum。[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:該鋰電池隔膜，將中空粒子膜層涂布于基材上，隔膜穿刺后，中空結(jié)構(gòu)能夠降低整體的熱傳導(dǎo)速率，以使得基材能有更充裕的時間進(jìn)行熔化閉孔，進(jìn)而起到了安全阻斷的作用。該鋰電池隔膜，能保證電池使用的安全性，同時其相對于多層結(jié)構(gòu)隔膜和陶瓷涂布隔膜，中空粒子可以降低電池整體重量，同時電池電容量可以得到大量提升。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面對本發(fā)明說明書各幅附圖表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明:
[0019]圖1為本發(fā)明鋰電池隔膜的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明鋰電池隔膜的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中鋰電池隔膜外部穿刺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為現(xiàn)有技術(shù)中鋰電池隔膜內(nèi)部穿刺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為現(xiàn)有技術(shù)中鋰電池隔膜穿刺后發(fā)生短路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]上述圖中的標(biāo)記均為:
[0025]1、基層，2、有機(jī)或無機(jī)中空粒子膜層，3、正極，4、隔膜，5、負(fù)極，6、穿刺點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面對照附圖，通過對最優(yōu)實(shí)施例的描述，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0027]如圖1和圖2所示，該鋰電池隔膜，由基層I和設(shè)在基層I 一側(cè)上或設(shè)在基層I兩側(cè)上的中空粒子膜層2構(gòu)成。
[0028]中空粒子膜層2為有機(jī)中空粒子膜層或無機(jī)中空粒子膜層。
[0029]優(yōu)選中空粒子膜層以質(zhì)量百分比計(jì):由I %?10 %的黏著劑、I %?10 %的無機(jī)或有機(jī)中空粒子、70 %?95 %的溶劑和3 %?10 %的非溶劑混合構(gòu)成。
[0030]優(yōu)選有機(jī)或無機(jī)中空粒子直徑小于lOOum，有機(jī)或無機(jī)中空粒子直徑粒子大于IOOum會使膜層厚度過大，使隔膜成品厚度增加，缺乏應(yīng)用價值。
[0031]無機(jī)或有機(jī)中空粒子可使用不同大小粒子進(jìn)行混合搭配，即有機(jī)或無機(jī)中空粒子膜層由單一直徑有機(jī)或無機(jī)中空粒子制成或多種直徑的有機(jī)或無機(jī)中空粒子混合制成。
[0032]黏著劑以不影響電池的電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)為原則，優(yōu)選黏著劑為聚偏氟乙烯系列黏著劑或丙稀Ife系列黏著劑。
[0033]溶劑為溶解黏著劑的溶劑，優(yōu)選為丙酮、丁酮和甲苯中的一種或幾種。
[0034]非溶劑為不能溶解黏著劑的溶劑，優(yōu)選為丁醇和乙醇中的一種或兩種。
[0035]優(yōu)選無機(jī)中空粒子為二氧化硅粒子。
[0036]優(yōu)選所述有機(jī)中空粒子為丙烯酸粒子、聚乙烯粒子、聚苯乙烯粒子、聚丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和聚亞烯胺粒子中的一種或幾種。有機(jī)中空粒子熔點(diǎn)大于基材的熔點(diǎn)，并且具備耐酸、堿及化學(xué)性，不被電解液腐蝕。
[0037]基材的部分，使用微多孔膜材質(zhì)，形式可以是多孔薄膜或非織布，優(yōu)選基層為聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯和聚酰亞胺中的一種或幾種。
[0038]有機(jī)或無機(jī)中空粒子膜層厚度可根據(jù)實(shí)際需要來選擇，優(yōu)選有機(jī)或無機(jī)中空粒子膜層厚度為10?IOOum時，電池隔膜具有良好的降低熱傳導(dǎo)效率的效果。
[0039]中空粒子膜層的制備，有以下幾種優(yōu)選實(shí)施方式。
[0040]實(shí)施方式一，取I %的聚偏氟乙烯，5 %的平均直徑為20um?30um的二氧化硅粒子，95 %的丙酮和4 %的丁醇混合，將其攪拌分散制成二氧化硅中空粒子混合物；選取聚乙烯多孔薄膜作為基層；將二氧化硅中空粒子混合物均勻涂覆在聚乙烯多孔薄膜的兩側(cè)上；待二氧化硅中空粒子混合物干燥后即形成40um 二氧化硅中空粒子膜層。
[0041]實(shí)施方式二，取10 %的聚偏氟乙烯，8 %的平均直徑為40um?50um的二氧化硅粒子，79 %的丙酮和3 %的乙醇混合，將其攪拌分散制成二氧化硅中空粒子混合物；選取聚乙烯多孔薄膜作為基層；將二氧化硅中空粒子混合物均勻涂覆在聚乙烯多孔薄膜的一側(cè)上；待二氧化硅中空粒子混合物干燥后即形成60um 二氧化硅中空粒子膜層。
[0042]實(shí)施方式三，取5 %的聚偏氟乙烯，10 %的平均直徑為20um?30um的聚丙烯酸甲酯粒子，80 %的丁酮和5 %的乙醇混合，將其攪拌分散制成聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物；選取聚丙烯多孔薄膜作為基層；將聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物均勻涂覆在聚乙烯多孔薄膜的兩側(cè)上；待聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物干燥后即在基層表面形成40um聚丙烯酸甲酯中空粒子膜層。
[0043]實(shí)施方式四，取2 %的聚偏氟乙烯，I %的平均直徑為40um?50um的聚丙烯酸甲酯粒子，87 %的甲苯和10 %的乙醇混合，將其攪拌分散制成聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物；選取聚酰亞胺多孔薄膜作為基層；將聚丙烯酸甲酯混合物均勻涂覆在聚酰亞胺多孔薄膜的一側(cè)上；待聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物干燥后即形成60um聚酰亞胺中空粒子膜層。
[0044]實(shí)施方式五,取8 %的聚偏氟乙烯,5 %的平均直徑為20um?30um和40um?50um的聚丙烯酸甲酯粒子，84 %的丙酮和3 %的乙醇混合，將其攪拌分散制成聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物；選取聚對苯二甲酸乙二酯為基層；將聚丙烯酸甲酯混合物均勻涂覆在聚對苯二甲酸乙二酯多孔薄膜的一側(cè)上；待聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物干燥后即形成60um聚酰亞胺中空粒子膜層。
[0045]實(shí)施方式六，取10 %的聚偏氟乙烯，I %的平均直徑為20um?30um的聚乙烯粒子，79 %的丙酮和10 %的丁醇混合，將其攪拌分散制成聚乙烯中空粒子混合物；選取聚丙烯為基層；將聚乙烯中空粒子混合物均勻涂覆在聚丙烯多孔薄膜的兩側(cè)上；待聚乙烯中空粒子混合物干燥后即形成40um聚乙烯中空粒子膜層。
[0046]實(shí)施方式七，取6 %的聚偏氟乙烯，6 %的平均直徑為40um?50um的聚乙烯粒子，80 %的丙酮和8 %的丁醇混合，將其攪拌分散制成聚乙烯中空粒子混合物；選取聚丙烯為基層；將聚乙烯中空粒子混合物均勻涂覆在聚丙烯多孔薄膜的一側(cè)上；待聚乙烯中空粒子混合物干燥后即形成60um聚乙烯中空粒子膜層。
[0047]實(shí)施方式八，取I %的聚偏氟乙烯，I %的平均直徑為20um?30um的聚苯乙烯粒子，95 %的丁酮和3 %的丁醇混合，將其攪拌分散制成聚苯乙烯中空粒子混合物；選取聚酰亞胺為基層；將聚苯乙烯中空粒子混合物均勻涂覆在聚酰亞胺多孔薄膜的兩側(cè)上；待聚苯乙烯中空粒子混合物干燥后即形成40um聚苯乙烯中空粒子膜層。
[0048]實(shí)施方式九，取3 %的聚偏氟乙烯，6 %的平均直徑為40um?50um的聚苯乙烯粒子，86 %的丁酮和5 %的丁醇混合，將其攪拌分散制成聚苯乙烯中空粒子混合物；選取聚酰亞胺為基層；將聚苯乙烯中空粒子混合物均勻涂覆在聚酰亞胺多孔薄膜的一側(cè)上；待聚苯乙烯中空粒子混合物干燥后即形成60um聚苯乙烯中空粒子膜層。
[0049]實(shí)施方式十，取10 %的丙烯酸，10 %的平均直徑為40um~50um的聚苯乙烯粒子，70 %的丁酮和10 %的丁醇混合，將其攪拌分散制成聚苯乙烯中空粒子混合物；選取聚酰亞胺為基層；將聚苯乙烯中空粒子混合物均勻涂覆在聚酰亞胺多孔薄膜的一側(cè)上；待聚苯乙烯中空粒子混合物干燥后即形成60um聚苯乙烯中空粒子膜層。
[0050]以上實(shí)施方式I至10得到的中空粒子膜層的安全性試驗(yàn)結(jié)果如下表。
[0051]
【權(quán)利要求】
1.一種鋰電池隔膜，其特征在于:由基層和設(shè)在所述基層一側(cè)上或設(shè)在所述基層兩側(cè)上的中空粒子膜層構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰電池隔膜，其特征在于:所述中空粒子膜層以質(zhì)量百分比計(jì):由I %?10 %的黏著劑、I %?10 %的無機(jī)或有機(jī)中空粒子、70 %?95 %的溶劑和3 %?10%的非溶劑混合構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鋰電池隔膜，其特征在于:所述黏著劑為聚偏氟乙烯或丙烯酸。
4.如權(quán)利要求3所述的鋰電池隔膜，其特征在于:所述溶劑為丙酮、丁酮和甲苯中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求4所述的鋰電池隔膜，其特征在于:所述非溶劑為丁醇和乙醇中的一種或兩種。
6.如權(quán)利要求5所述的鋰電池隔膜，其特征在于:所述無機(jī)中空粒子為二氧化硅粒子。
7.如權(quán)利要求6所述的鋰電池隔膜，其特征在于:所述有機(jī)中空粒子為丙烯酸粒子、聚乙烯粒子、聚苯乙烯粒子、聚丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和聚亞烯胺粒子中的一種或幾種。
8.如權(quán)利要求7所述的鋰電池隔膜，其特征在于:所述基層為聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯和聚酰亞胺中的一種或幾種。
9.如權(quán)利要求8所述的鋰電池隔膜，其特征在于:所述有機(jī)或無機(jī)中空粒子膜層由單一直徑有機(jī)或無機(jī)中空粒子制成或多種直徑的有機(jī)或無機(jī)中空粒子混合制成。
10.如權(quán)利要求9所述的鋰電池隔膜，其特征在于:所述有機(jī)或無機(jī)中空粒子直徑小于IOOum ;所述有機(jī)或無機(jī)中空粒子膜層厚度為10?lOOum。
【文檔編號】H01M2/16GK103490028SQ201310421424
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】陳信維 申請人:達(dá)尼特材料科技（蕪湖）有限公司