CN103474605A

CN103474605A - 锂离子动力电池隔离膜及其制备方法和锂离子动力电池

Info

Publication number: CN103474605A
Application number: CN2013104394845A
Authority: CN
Inventors: 方园; 郑君; 刘锴
Original assignee: SHENZHEN XURAN ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN XURAN ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2013-12-25

Abstract

一种锂离子动力电池隔离膜及其制备方法和锂离子动力电池，其中，锂离子动力电池隔离膜，包括微孔基膜，在所述微孔基膜的至少一面涂布有涂布浆料层，所述涂布浆料层包括重量百分比的如下组份，化工连接料10-25%；增稠剂1-3%；研磨浆料25-55%；消泡剂0.1-0.3%；润湿剂0.1-0.3%；分散剂0.1-0.3%；流平剂0.1-0.3%。本发明采用价格低廉资源丰富的沉淀法硫酸钡作为研磨浆料或涂布浆料的主要原料，可以大大地降低研磨浆料和涂布浆料的成本；相对于现有技术公开的锂离子动力电池隔离膜而言，用氮化铝代替了三氧化二铝，而氮化铝在做成电池后，不会与锂电池正极片中的磷酸铁锂发生化学反应，不会生成铝酸三锂（Li₃AlO₃），因此，在电池使用的过程中，不存在刺破隔离膜的问题，这样可以提高锂电池的安全性和延长锂电池的使用寿命。

Description

锂离子动力电池隔离膜及其制备方法和锂离子动力电池

技术领域

本发明涉及一种锂离子动力电池隔离膜及其制备方法和锂离子动力电池。

背景技术

动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。用动力电池作为能源的汽车又被称为新能源汽车，新能源汽车因其节能和环保的特性被看好，但是其产业化面临最大问题是居高不下的销售价格。从国外混合动力汽车看，同类型的混合动力汽车和燃油型汽车之间的差价达到8-10万元人民币，而国内纯电动车型与同类型的燃油车的差价更是高达20多万。虽然新能源汽车后期的运营和维护成本低廉可以逐步填平一次购置的差价，但是高额购置价格无疑成为阻碍新能源汽车产业化的重要障碍。

新能源汽车价格之高源于动力锂电池，新能源汽车主要由电池驱动***、电机***和电控***及组装等部分组成。其中电机、电控及组装和传统汽车基本相同，差价的原因在于电池驱动***。从新能源汽车的成本构成看，电池驱动***占据了新能源汽车成本的30-45%，而动力锂电池又占据电池驱动***约75-85%的成本构成。

目前市场上已经商业化的动力锂电池主要包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池和三元材料电池等，我国市场以磷酸铁锂为主，日韩大多选择锰酸锂和三元材料的混合电池体系。目前国内的磷酸铁锂电池售价约在3-4元/Wh，锰酸锂和三元材料电池约在4-5元/Wh。考虑不同类型新能源汽车的电池容量，插电式混合动力汽车的电池容量是10-16KWh，纯电动汽车的电池容量24-60KWh，纯电动大巴的电池容量一般是200-400Kwh，对应电池售价在3-5万元、7-18万元和60-120万元水平，如此高昂的电池价格是新能源汽车价格居高不下的主要原因。

降低电池成本，一直都是产业内重要的解决方向。正极材料、负极材料、电池隔膜、电解液是锂电池最重要的四项原材料，其中，正极材料、负极材料和电解液，已经完全实现了国产化，其价格成本已得到有效控制，但是，锂电池隔膜由于投资风险大、技术门槛高，一直未能实现国内大规模生产，成为制约我国锂电池行业发展的瓶颈，特别是在对安全性、一致性要求更高的动力锂离子电池领域，更是我国从锂电池生产大国到锂电池生产强国难以逾越的障碍。

电池隔膜是锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，占了锂电池成本的30-50%。如何在保证锂电池安全性的情况下，尽可能地降低电池隔膜成本，是当前动力电池行业迫切需要解决的问题。目前，电池隔膜是在多孔质的高分子膜的一面或两面涂上涂布浆料而成的，涂布浆料的成本决定了电池隔膜的成本。

为了解决这个问题，中国专利文献CN102751483A公开了一种锂离子动力电池隔离膜及其制备方法，该文献中的电池隔离膜中使用了40〜50%沉淀法硫酸钡（w/w）和1〜5%三氧化二铝（w/w）的涂布浆料，由于沉淀法硫酸钡的成本较低，所以，可以大大地降低电池隔离膜的成本，从而降低了动力锂电池的成本。但是，这种电池隔离膜，虽然具有一定的价格优势，但是其在安全性方面还存在一定隐患。这是因为，该文献中的涂布浆料含有三氧化二铝，而三氧化二铝在做成电池后，会与锂电池正极片中的磷酸铁锂发生化学反应，生成铝酸三锂（Li₃AlO₃）,而铝酸三锂是尖晶石结构，在电池使用的过程中，容易刺破隔离膜，造成锂电池的正、负极短路，轻则使锂电池缩短使用寿命，重则造成锂电池发热而产生电池***。

发明内容

为了克服上述问题，本发明向社会提供一种不仅成本低廉，而且安全性能好的锂离子动力电池隔离膜。

本发明第二个目的是提供一种锂离子动力电池隔离膜的制备方法。

本发明第三个目的是提供一种锂离子动力电池。

相对于第一个发明目的，本发明的技术方案是：提供一种锂离子动力电池隔离膜，包括微孔基膜，在所述微孔基膜的至少一面涂布有涂布浆料层，所述涂布浆料层包括重量百分比的如下组份，

化工连接料 10-25%；

增稠剂 1-3%；

研磨浆料 25-55%；

消泡剂 0.1-0.3%；

润湿剂 0.1-0.3%；

分散剂 0.1-0.3%；

流平剂 0.1-0.3%；

其中，所述研磨浆料包括重量百分比的如下组份，

沉淀法硫酸钡 25-55%

N,N-甲基吡咯烷酮 1-3%

乙烯基吡咯烷酮 1-3%

碳酸二乙烯基酯 1-3%

氮化铝或/和碳化硅 2-5%

有机氟分散剂 0.01-1%

去离子水余量。

作为对本发明的改进，所述化工连接料是SBR羧基丁苯胶乳、羧基丁苯橡胶分散液、聚氨酯水性分散液、丙烯酸-伯胺共聚乳液、丙烯酸-伯胺共聚分散液、偏氟乙烯溶剂型分散液、或偏氟乙烯水性分散液。

作为对本发明的改进，所述增稠剂是羧甲基纤维素钠或缔合型增稠剂。

作为对本发明的改进，所述有机氟分散剂是杜邦FSWET-1010有机氟分散剂。

作为对本发明的改进，所述微孔基膜是PP微孔基膜、PE微孔基膜、UHMW-PE微孔基膜或PVDF型微孔基膜。

作为对本发明的改进，所述微孔基膜的厚度为10-40μm。

作为对本发明的改进，所述涂布浆料层厚度为10±0.5μm。

本发明还提供一种锂离子动力电池隔离膜的制备方法，将含有上述组份及比例的涂布浆料，用微凹涂布机、转移涂布机或挤压涂布机涂布在微孔基膜的一面或两面，经烘干、收卷备用。

本发明还提供一种锂离子动力电池，包含有上述的任何一种锂离子动力电池隔离膜。

本发明采用价格低廉资源丰富的沉淀法硫酸钡作为研磨浆料或涂布浆料的主要原料，可以大大地降低研磨浆料和涂布浆料的成本；相对于中国专利文献CN102751483A公开的锂离子动力电池隔离膜而言，用氮化铝代替了三氧化二铝，而氮化铝在做成电池后，不会与锂电池正极片中的磷酸铁锂发生化学反应，不会生成铝酸三锂（Li₃AlO₃）,因此，在电池使用的过程中，不存在刺破隔离膜的问题，这样可以提高锂电池的安全性和延长锂电池的使用寿命；再，利用氮化铝的良好的导热性能，可以加快锂电池的散热速度，同样可以提高锂电池的使用寿命，从而进一步降低锂电池的使用成本。

具体实施方式

一、研磨浆料

下述各实施例的研磨浆料均采用下述方法制备，按下述各实施例的研磨料的组份及比例，将各种组份置入分散机中，在分散机内分散搅拌至少15分钟，然后，转移到研磨机内，用二氧化锆研磨珠研磨20-50小时，制成研磨浆料，备用。

实施例1

沉淀法硫酸钡 25%

N,N-甲基吡咯烷酮 1%

乙烯基吡咯烷酮 1%

碳酸二乙烯基酯 1%

氮化铝或/和碳化硅 2%

有机氟分散剂 0.01%

去离子水余量。

实施例2

沉淀法硫酸钡 30%

N,N-甲基吡咯烷酮 2%

乙烯基吡咯烷酮 2%

碳酸二乙烯基酯 2%

氮化铝或/和碳化硅 3%

有机氟分散剂 0.1%

去离子水余量。

实施例3

沉淀法硫酸钡 35%

N,N-甲基吡咯烷酮 3%

乙烯基吡咯烷酮 3%

碳酸二乙烯基酯 3%

氮化铝或/和碳化硅 4%

有机氟分散剂 0.3%

去离子水余量。

实施例4

沉淀法硫酸钡 40%

N,N-甲基吡咯烷酮 3%

乙烯基吡咯烷酮 3%

碳酸二乙烯基酯 3%

氮化铝或/和碳化硅 5%

有机氟分散剂 0.5%

去离子水余量。

实施例5

沉淀法硫酸钡 45%

N,N-甲基吡咯烷酮 3%

乙烯基吡咯烷酮 3%

碳酸二乙烯基酯 3%

氮化铝或/和碳化硅 5%

有机氟分散剂 0.7%

去离子水余量。

实施例6

沉淀法硫酸钡 50%

N,N-甲基吡咯烷酮 3%

乙烯基吡咯烷酮 3%

碳酸二乙烯基酯 3%

氮化铝或/和碳化硅 5%

有机氟分散剂 1%

去离子水余量。

实施例7

沉淀法硫酸钡 55%

N,N-甲基吡咯烷酮 3%

乙烯基吡咯烷酮 3%

碳酸二乙烯基酯 3%

氮化铝或/和碳化硅 5%

有机氟分散剂 1%

去离子水余量。

二、涂布浆料

下述各涂布浆料的制备方法，均可按下述各实施例的涂布浆料的组份和比例，置入容器中搅拌混合均匀即可。

下述各实施例中的化工连接料可以选用SBR羧基丁苯胶乳、羧基丁苯橡胶分散液、聚氨酯水性分散液、丙烯酸-伯胺共聚乳液、丙烯酸-伯胺共聚分散液、偏氟乙烯溶剂型分散液和偏氟乙烯水性分散液中的任意一种，相互替代使用。

下述各实施例中的增稠剂可以选用羧甲基纤维素钠和缔合型增稠剂中的任意一种，相互替代使用。

下述各实施例中的研磨浆料可以选用上述实施1至实施例7中的任意一个实施例。

实施例8

SBR羧基丁苯胶乳 10%

羧甲基纤维素钠 1%

研磨浆料（采用实施例1） 25%

消泡剂 0.1%

润湿剂 0.1%

分散剂 0.1%

流平剂 0.1%。

实施例9

羧基丁苯橡胶分散液 15%

缔合型增稠剂 2%

研磨浆料（采用实施例2） 30%

消泡剂 0.2%

润湿剂 0.2%

分散剂 0.2%

流平剂 0.2%。

实施例10

聚氨酯水性分散液 20%

羧甲基纤维素钠 3%

研磨浆料（采用实施例3） 35%

消泡剂 0.3%

润湿剂 0.3%

分散剂 0.3%

流平剂 0.3%。

实施例11

丙烯酸-伯胺共聚乳液 25%

缔合型增稠剂 3%

研磨浆料（采用实施例4） 40%

消泡剂 0.3%

润湿剂 0.3%

分散剂 0.3%

流平剂 0.3%。

实施例12

丙烯酸-伯胺共聚分散液 25%

羧甲基纤维素钠 3%

研磨浆料（采用实施例5） 45%

消泡剂 0.3%

润湿剂 0.3%

分散剂 0.3%

流平剂 0.3%。

实施例13

偏氟乙烯溶剂型分散液 25%

缔合型增稠剂 3%

研磨浆料（采用实施例6） 50%

消泡剂 0.3%

润湿剂 0.3%

分散剂 0.3%

流平剂 0.3%。

实施例14

偏氟乙烯水性分散液 25%

羧甲基纤维素钠 3%

研磨浆料（采用实施例7） 55%

消泡剂 0.3%

润湿剂 0.3%

分散剂 0.3%

流平剂 0.3%。

将实施例8至实施例14所述涂布浆料，分别涂布在微孔基膜一面或两面上，涂布厚度在10μm±0.5μm范围内，微孔基膜的厚度可以在10μm -40μm范围内选择，检测标准：EN 29073-T1；与国外进口的相似厚度的主要几款电池隔离膜相比较，其结果如下：

从上表可以看出，不仅所有性能指标均达到了国外进口的标准，而且在透气率、闭孔温度和破膜温度三项性能指示上有所提高。这样，在可以提高用本发明做出来的锂电池的使用寿命，达到进一步降低成本的目的。

Claims

1.一种锂离子动力电池隔离膜，包括微孔基膜，在所述微孔基膜的至少一面涂布有涂布浆料层，其特征在于：所述涂布浆料层包括重量百分比的如下组份，

化工连接料 10-25%；

增稠剂 1-3%；

研磨浆料 25-55%；

消泡剂 0.1-0.3%；

润湿剂 0.1-0.3%；

分散剂 0.1-0.3%；

流平剂 0.1-0.3%；

其中，所述研磨浆料包括重量百分比的如下组份，

沉淀法硫酸钡 25-55%

N,N-甲基吡咯烷酮 1-3%

乙烯基吡咯烷酮 1-3%

碳酸二乙烯基酯 1-3%

氮化铝或/和碳化硅 2-5%

有机氟分散剂 0.01-1%

去离子水余量。

2.根据权利要求1 所述的一种锂离子动力电池隔离膜，其特征在于：所述化工连接料是SBR羧基丁苯胶乳、羧基丁苯橡胶分散液、聚氨酯水性分散液、丙烯酸-伯胺共聚乳液、丙烯酸-伯胺共聚分散液、偏氟乙烯溶剂型分散液、或偏氟乙烯水性分散液。

3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子动力电池隔离膜，其特征在于：所述增稠剂是羧甲基纤维素钠或缔合型增稠剂。

4.根据权利要求1或2所述的一种锂离子动力电池隔离膜，其特征在于：所述有机氟分散剂是杜邦FSWET-1010有机氟分散剂。

5.根据权利要求1或2所述的一种锂离子动力电池隔离膜，其特征在于：所述微孔基膜是PP微孔基膜、PE微孔基膜、UHMW-PE微孔基膜或PVDF型微孔基膜。

6.根据权利要求1或2所述的一种锂离子动力电池隔离膜，其特征在于：所述微孔基膜的厚度为10-40μm。

7.根据权利要求1或2所述的一种锂离子动力电池隔离膜，其特征在于：所述涂布浆料层厚度为10±0.5μm。

8.一种锂离子动力电池隔离膜的制备方法，其特征在于：将含有权利要求1所述组份及比例的涂布浆料，用微凹涂布机、转移涂布机或挤压涂布机涂布在微孔基膜的一面或两面，经烘干、收卷备用。

9.一种锂离子动力电池，其特征在于：包含有权利要求1至权利要求7所述的任何一种锂离子动力电池隔离膜。