CN103354279A - 一种用于锂离子电池的三层隔膜 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于锂离子电池的三层隔膜，该隔膜包括三个复合层，第二复合层夹设于第一复合层和第三复合层之间；第一复合层为多孔结构的至少一层耐温层，第二复合层为多孔结构的至少一层关闭层，第三复合层为多孔结构的至少一层陶瓷层。本申请的隔膜中，陶瓷层直接与表面具备很好涂覆特性的闭孔层接触，保证了隔膜的剥离强度和稳定性，同时耐温层的存在也保障了隔膜的耐温性能和力学强度。本申请的隔膜与单独的PP微孔膜与陶瓷涂层的复合隔膜相比，涂层不易脱落，保障了隔膜的稳定性和撕裂强度；与单独的PE微孔膜与陶瓷涂层的复合隔膜相比，具有更好的耐高温性能。

Description

一种用于锂离子电池的三层隔膜
技术领域
本申请涉及电池隔膜领域，特别是涉及一种用于锂离子电池的三层耐温复合隔膜。
背景技术
聚丙烯微孔膜（PP膜）和聚乙烯微孔膜（PE膜）是电池隔膜中比较常用的两种基本材料，大部分的复合隔膜都是以PP微孔膜或PE微孔膜为基膜复合而成。目前，比较常见的复合隔膜有，以PP微孔膜为基膜，在PP微孔膜上涂覆陶瓷涂层；或者以PE微孔膜为基膜，在PE微孔膜上涂覆陶瓷涂层。前者闭孔温度高，存在安全隐患，并且PP微孔膜表面不易涂覆涂层，涂层与基膜间撕裂强度低，易脱落；后者耐温性能差，在120℃或更高的温度下，热收缩很大，几乎没有力学强度，同样存在安全隐患，PE微孔膜基膜涂覆陶瓷涂层的复合隔膜不具有真正的耐高温性能。
发明内容
本申请的目的是提供一种新结构的三层结构的耐温复合隔膜。
为实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：
本申请公开了一种用于锂离子电池的三层隔膜，包括三个复合层，第二复合层夹设于第一复合层和第三复合层之间；第一复合层为多孔结构的至少一层耐温层，第二复合层为多孔结构的至少一层关闭层，第三复合层为多孔结构的至少一层陶瓷层。
本申请中，陶瓷层中含有质量比0.1:1.0至1.0:0.1的陶瓷粒子和粘合剂。
进一步的，陶瓷粒子选自铝、硅、镁和锆四种金属的氧化物颗粒或氢化物颗粒中的至少一种；陶瓷粒子的平均粒径为0.1-10μm。
进一步的，耐温层的熔融温度高关闭层的熔融温度至少30℃。
进一步的，陶瓷层与耐温层之间的剥离强度大于2.0N/cm。
本申请中，耐温层和关闭层采用热压层合或共挤出层合。
本申请中，陶瓷层采用涂覆方式施涂于所述关闭层上，其中涂覆方式包括印刷、微凹版印刷、压制、辊涂、刮涂、浸涂、喷涂或灌注中的任意一种，优选微凹版印刷和浸涂。
本申请中，耐温层为聚丙烯层、聚偏氟乙烯层、聚偏氟乙烯共六氟丙烯层、聚对苯二甲酸乙二醇酯层或聚酰亚胺层中的一种或几种。
本申请中，关闭层为低密度聚乙烯层、线性低密度聚乙烯层、聚乙烯蜡层中的一种或几种。
本申请的一个优选方式中，三层隔膜的具体结构包括聚丙烯层、低密度聚乙烯层和陶瓷层；低密度聚乙烯层夹设于聚丙烯层和陶瓷层之间。
由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：
本申请的用于锂离子电池的三层隔膜中，陶瓷层直接与表面具备很好涂覆特性的闭孔层接触，保证了隔膜的剥离强度和稳定性，同时耐温层的存在也保障了隔膜的耐温性能和力学强度。本申请的三层隔膜与单独的PP微孔膜与陶瓷涂层的复合隔膜相比，涂层不易脱落，保障了复合隔膜的稳定性和撕裂强度；与单独的PE微孔膜与陶瓷涂层的复合隔膜相比，具有更好的耐高温性能。
附图说明
图1：是本申请的实施例中用于锂离子电池的三层隔膜的结构示意图。
具体实施方式
目前市场上仅有PP微孔膜加陶瓷涂层或者PE微孔膜加陶瓷涂层的两种以PP微孔膜或PE微孔膜为基膜的复合隔膜，这两种复合隔膜有的存在撕裂强度不够、易脱落的问题，有的耐温性不够。本申请的用于锂离子电池的三层隔膜正是针对这些缺点，在现有的复合隔膜的基础上进行改进，提出了耐温层和陶瓷层中间夹设关闭层的三个基础层结构，不仅提高了撕裂强度，解决了易脱落的问题，而且也具有较好的耐温性能。需要说明的是，三个基础层中，每个基础层都可以是多层结构，比如第一复合层中，可以是多层的耐温层复合而成，然后再与第二复合层复合。
下面通过具体实验例并结合附图对本申请作进一步详细说明。以下实验例仅仅对本申请进行进一步的说明，不应理解为对本申请的限制。
对比例1
本例的复合隔膜直接在聚丙烯微孔膜的表面涂覆一层陶瓷涂层制成，具体的，在20μm厚的聚丙烯微孔隔膜上单面涂覆厚度为5μm的陶瓷涂层，制备成现有使用的复合隔膜作为对比，并测试其陶瓷涂层附着力、150℃加热1小时的热收缩率，以及热关闭温度。测试结果见表1。
对比例2
本例的复合隔膜直接在聚乙烯微孔膜的表面涂覆一层陶瓷涂层制成，具体的，在20μm厚的聚乙烯微孔隔膜上单面涂覆厚度为5μm的陶瓷涂层，制备成现有是用的复合隔膜作为对比，并测试其陶瓷涂层附着力、150℃加热1小时的热收缩率，以及热关闭温度。测试结果见表1。
实施例1
本例的用于锂离子电池的三层隔膜的结构如图1所示，包括聚丙烯隔膜层1、陶瓷涂层3和夹设于聚丙烯隔膜层1和陶瓷涂层3中间的聚乙烯隔膜层2。具体制备方法包括，将厚度为10μm的聚丙烯隔膜和厚度为10μm的聚乙烯隔膜热压层合，然后在聚乙烯隔膜面涂覆厚度为5μm的陶瓷涂层，制成本申请的复合隔膜，并测试其陶瓷涂层附着力、150℃加热1小时的热收缩率，以及热关闭温度。测试结果见表1。
实施例2
本例的用于锂离子电池的三层隔膜的结构与实施例1相同，只是制备方法有所改变，具体的，通过共挤出法制备厚度为22μm的聚丙烯/聚乙烯复合基膜，采用Celgard干法工艺拉伸成孔后在聚乙烯面涂覆5μm的陶瓷涂层，制成本申请的复合隔膜，并测试其陶瓷涂层附着力、150℃加热1小时的热收缩率，以及热关闭温度。测试结果见表1。
表1复合隔膜性能测试
Figure BDA00003378904500031
根据表1的测试结果可见，与对比例1相比，本申请的用于锂离子电池的三层隔膜克服了对比例1的聚丙烯复合隔膜中陶瓷涂层附着力小、易脱落的问题；与对比例2相比，本申请的用于锂离子电池的三层隔膜克服了对比例2的聚乙烯复合隔膜的热收缩率大、不耐高温的缺点；同时，本申请的用于锂离子电池的三层隔膜，还保留并延续了对比例1和对比例2的复合隔膜的有点，具有良好的陶瓷层附着力的同时，具有较小的热收缩率和较低的热关闭温度。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于锂离子电池的三层隔膜，其特征在于：包括三个复合层，第二复合层夹设于第一复合层和第三复合层之间；
所述第一复合层为多孔结构的至少一层耐温层，所述第二复合层为多孔结构的至少一层关闭层，所述第三复合层为多孔结构的至少一层陶瓷层。
2.根据权利要求1所述的三层隔膜，其特征在于：所述陶瓷层中含有质量比0.1:1.0至1.0:0.1的陶瓷粒子和粘合剂。
3.根据权利要求2所述的三层隔膜，其特征在于：所述陶瓷粒子选自铝、硅、镁和锆四种金属的氧化物颗粒或氢化物颗粒中的至少一种；所述陶瓷粒子的平均粒径为0.1-10μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的三层隔膜，其特征在于：所述耐温层的熔融温度高所述关闭层的熔融温度至少30℃。
5.根据权利要求1-3任一项所述的三层隔膜，其特征在于：所述陶瓷层与所述耐温层之间的剥离强度大于2.0N/cm。
6.根据权利要求1-3任一项所述的三层隔膜，其特征在于：所述耐温层和所述关闭层采用热压层合或共挤出层合。
7.根据权利要求1-3任一项所述的三层隔膜，其特征在于：所述陶瓷层采用涂覆方式施涂于所述关闭层上，所述涂覆方式包括印刷、微凹版印刷、压制、辊涂、刮涂、浸涂、喷涂或灌注中的任意一种，优选微凹版印刷和浸涂。
8.根据权利要求1-3任一项所述的三层隔膜，其特征在于：所述耐温层为聚丙烯层、聚偏氟乙烯层、聚偏氟乙烯共六氟丙烯层、聚对苯二甲酸乙二醇酯层或聚酰亚胺层中的一种或几种。
9.根据权利要求1-3任一项所述的三层隔膜，其特征在于：所述关闭层为低密度聚乙烯层、线性低密度聚乙烯层、聚乙烯蜡层中的一种或几种。
10.根据权利要求9所述的三层隔膜，其特征在于：所述三层隔膜的具体结构包括聚丙烯层、低密度聚乙烯层和陶瓷层；所述低密度聚乙烯层夹设于聚丙烯层和陶瓷层之间。
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