一種復(fù)合隔膜以及含有該復(fù)合隔膜的動力鈦酸鋰電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及動力鈦酸鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合隔膜以及含有該復(fù)合隔 膜的動力鈦酸鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦酸鋰電池因其出色的循環(huán)性能和倍率性能，近年來得到了飛速發(fā)展，但鈦酸鋰 電池的安全性一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵問題。電池中隔膜正是關(guān)乎電池安全性的關(guān)鍵組成 部分。隔膜是具有多孔結(jié)構(gòu)的電絕緣性薄膜，作用是隔離電池正極和負極，并使電池內(nèi)的電 子不能自由穿過，但同時又能夠讓離子在正負極間自由通過。因此電池隔膜需要具有優(yōu)良 的電絕緣性、高離子通過率、良好的機械性能、耐溶劑性能、耐高溫性能、高潤濕性能等。
[0003] 目前鈦酸鋰電池隔膜的材料主要為具有微孔結(jié)構(gòu)的聚烯烴薄膜，聚烯烴隔膜的熱 閉合效應(yīng)對電池的安全性起到了關(guān)鍵作用，當電池內(nèi)部溫度升高，隔膜中的低熔點聚合物 會首先出現(xiàn)熔融而閉合隔膜中的微孔，使得離子通道被阻斷，可以防止由于過熱發(fā)生反應(yīng) 而導(dǎo)致爆炸。但是實際上，單層聚合物的隔膜材料，當達到熱閉合溫度時，雖然熔融閉合了 孔洞，但卻由于外部環(huán)境，溫度還會出現(xiàn)進一步升高的情況，使得整個隔膜材料出現(xiàn)破壞， 從而發(fā)生爆炸。
[0004] 為了解決這種問題，多層復(fù)合的隔膜得到了發(fā)展，授權(quán)公告號CN 203910894 U，授 權(quán)公告日2014年10月29日的中國專利公開了一種耐溫性安全鋰離子電池隔膜，包括聚烯 烴層和復(fù)合在聚烯烴層上、下表面的第一陶瓷涂層，聚烯烴層上均勻設(shè)有通孔，通孔內(nèi)壁上 設(shè)有第二陶瓷涂層，孔隙率為40-55% ;聚烯烴層厚為6-30微米；第一陶瓷涂層厚為1-10 微米。采用該電池隔膜制造的鋰離子電池具有較好的安全性；該鋰離子電池隔膜孔隙率高， 具有很好的力學性能和耐溫性能。
[0005] 但該專利也存在不足之處：在聚烯烴層的上下表面涂覆了陶瓷涂層后，在一定程 度上影響了隔膜對電解液的潤濕性，從而進一步影響電池的循環(huán)性能和倍率性能。
[0006] 海泡石是一種纖維狀的粘土礦物，內(nèi)部具有多孔結(jié)構(gòu)，因為具有優(yōu)異的吸附性能， 此外還擁有良好的隔熱、絕緣、抗腐蝕、熱穩(wěn)定性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種安全性高、潤濕性優(yōu)異、耐溫性和力學 性能好的復(fù)合隔膜以及含有該隔膜的動力鈦酸鋰電池，該電池有著出色的循環(huán)性能、倍率 性能和安全性。
[0008] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種復(fù)合隔膜，為具有三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，其中中間層 為隔膜基材，所述隔膜基材為高保濕薄膜或高保濕無紡布，所述高保濕薄膜或高保濕無紡 布的材料為復(fù)合有納米海泡石的聚丙烯、聚乙烯或飽和聚酯，復(fù)合隔膜的上層與下層為無 機物涂層。
[0009] 所述復(fù)合隔膜上均勻分布有孔徑為100-300納米的微孔，復(fù)合隔膜的孔隙率為 35% -65%。
[0010] 復(fù)合隔膜的中間層的材料為復(fù)合有納米海泡石的聚丙烯、聚乙烯或飽和聚酯，聚 丙烯、聚乙烯或飽和聚酯是常用的電池隔膜材料，價格低廉，具有良好的熱閉合效應(yīng)，且具 有一定的機械強度，無機物涂層能夠提高隔膜的抗拉伸強度以及耐熱性能，即使電池內(nèi)部 溫度升高到一定程度，由于涂層的保護，隔膜基材也不會被完全破壞而導(dǎo)致電池短路，增加 了電池的安全性能，但是隔膜基材厚度較薄時，對電解液的浸潤性能和吸濕性能比較一般， 如果再在其上下表面再涂覆有涂層，在一定程度上阻隔了電解液通過隔膜基材，浸潤性能 和吸濕性能進一步下降，會增加電池內(nèi)阻，影響電池性能。而在隔膜基材中復(fù)合了納米海泡 石后，可以解決這一問題。海泡石是一種纖維狀的粘土礦物，內(nèi)部具有多孔結(jié)構(gòu)具有及其優(yōu) 異的吸附性能，電解液接觸隔膜基材后，能夠快速擴散到微孔結(jié)構(gòu)中，從而被迅速吸收，如 此，隔膜的離子通過率大大提高，電池內(nèi)阻減小，其循環(huán)性能和倍率性能也得到提升，此外 海泡石還擁有良好的隔熱、絕緣、抗腐蝕、熱穩(wěn)定性能，進一步增強了電池的安全性。
[0011] 作為優(yōu)選，所述隔膜基材的厚度為10-30微米。隔膜基材不宜太薄，否則影響其對 電解液的保濕性和機械強度，隔膜基材也不宜過厚，否則太厚會占有過多體積，影響電解液 的儲存容量。
[0012] 作為優(yōu)選，所述高保濕薄膜或高保濕無紡布中納米海泡石的質(zhì)量含量為 l〇-30wt% 〇
[0013] 作為優(yōu)選，所述無機物涂層為二氧化鋯、二氧化鈦、二氧化硅或三氧化二鋁的一種 或幾種。
[0014] 作為優(yōu)選，所述無機物涂層的厚度為1-5微米。無機物涂層不宜過厚，否則容易影 響隔膜的離子通過率和對電解液的浸潤性能。
[0015] 本發(fā)明還提供了一種含有上述復(fù)合隔膜的動力鈦酸鋰電池，包括呈方形的鋁塑外 包裝殼以及設(shè)于所述鋁塑外包裝殼內(nèi)的正極片、負極片、復(fù)合隔膜和電解液，所述復(fù)合隔膜 呈Z字型折疊成若干層，每兩層復(fù)合隔膜之間設(shè)有正極片或負極片，正極片與負極片相互 間隔分布，所述電解液填充于復(fù)合隔膜與正極片、負極片的間隙之中，正極片和負極片的同 一側(cè)邊緣上設(shè)有極耳，所述極耳貫穿鋁塑外包裝殼且位于鋁塑外包裝殼的外部。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)對比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供的電池復(fù)合隔膜，具有三層復(fù) 合結(jié)構(gòu)，上層和下層的無機物涂層能夠加強隔膜的耐溫性和抗拉伸性能，安全性好；中間層 對電解液具有優(yōu)異的浸潤性能和保濕性能，解決了上下兩涂層對中間層浸潤性能和保濕性 能影響的問題。含有該復(fù)合隔膜的動力鈦酸鋰電池，安全性高、循環(huán)性能和倍率性能突出。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明中復(fù)合隔膜的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明中動力鈦酸鋰電池內(nèi)部的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 附圖標記為：隔膜基材1、隔膜上層2、隔膜下層3、復(fù)合隔膜4、正極片5、負極片6。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0020] 實施例1 如圖1所示：一種復(fù)合隔膜，為具有三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，其中間層為厚度為20微米的隔 膜基材1，所述隔膜基材1為復(fù)合有納米海泡石的聚丙烯薄膜，其中納米海泡石的質(zhì)量含量 為 20wt%。
[0021] 復(fù)合隔膜的上層2與下層3為厚度為3微米的二氧化鋯涂層。復(fù)合隔膜上均勻分 布有孔徑為200納米的微孔，復(fù)合隔膜的孔隙率為50 %。
[0022] 如圖2所示，一種含有上述復(fù)合隔膜的動力鈦酸鋰電池，容量為20Ah，包括呈方形 的鋁塑外包裝殼以及設(shè)于所述鋁塑外包裝殼內(nèi)的正極片5、負極片6、復(fù)合隔膜4和電解液， 所述復(fù)合隔膜4呈Z字型折疊成八層，每兩層復(fù)合隔膜4之間設(shè)有正極片5或負極片6,正 極片5與負極片6相互間隔分布，所述電解液填充于復(fù)合隔膜4與正極片5、負極片6的間 隙之中，正極片5和負極片6的同一側(cè)邊緣上設(shè)有極耳，所述極耳貫穿鋁塑外包裝殼且位于 鋁塑外包裝殼的外部。
[0023] 實施例2 如圖1所示，一種復(fù)合隔膜，為具有三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，其中間層為厚度為10微米的隔 膜基材1，所述隔膜基材1為復(fù)合有納米海泡石的聚乙烯薄膜，其中納米海泡石的質(zhì)量含量 為 10wt%。
[0024] 復(fù)合隔膜的上層2與下層3為厚度為1微米的二氧化鈦涂層。復(fù)合隔膜上均勻分 布有孔徑為100納米的微孔，復(fù)合隔膜的孔隙率為35%。
[0025] 如圖2所示，一種含有上述復(fù)合隔膜的動力鈦酸鋰電池，容量為20Ah，包括呈方形 的鋁塑外包裝殼以及設(shè)于所述鋁塑外包裝殼內(nèi)的正極片5、負極片6、復(fù)合隔膜4和電解液， 所述復(fù)合隔膜呈Z字型折疊成八層，每兩層復(fù)合隔膜之間設(shè)有正極片或負極片，正極片與 負極片相互間隔分布，所述電解液填充于隔膜與正極片、負極片的間隙之中，正極片和負極 片的同一側(cè)邊緣上設(shè)有極耳，所述極耳貫穿鋁塑外包裝殼且位于鋁塑外包裝殼的外部。
[0026] 實施例3 如圖1所示，一種復(fù)合隔膜，為具有三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，其中間層為厚度