CN104201321A - 一种大功率锂离子电池隔膜 - Google Patents

一种大功率锂离子电池隔膜 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大功率锂离子电池隔膜，这种隔膜的主要组成是聚烯烃微孔膜与热相转变材料。其中聚烯烃微孔膜赋予隔膜高熔断温度、低闭孔温度、良好的热收缩性能以及稳定的高温力学性能；热相转变材料赋予隔膜优异的热缓冲性能：通过吸收电池内部产生的部分热量，避免在大功率充放电过程中电池内部温度骤升而引起隔膜破坏与电池损坏，从而避免电池起火甚至***等恶性事故。本发明的这种隔膜成本低，工艺简单，性能稳定，可大大提高大功率锂离子电池的使用安全性。

Description

一种大功率锂离子电池隔膜
技术领域
本发明涉及一种大功率锂离子电池隔膜。 
背景技术
锂离子电池因具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率、高开路电压、无重金属污染以及无记忆效应等优点，在新能源领域备受关注。然而大功率充/放电情况下，电池会产生大量热量，当电池内部温度达到或超过隔膜的熔融温度时极易导致电池隔膜熔断、电池短路，电池内部温度骤升，从而发生电池起火甚至***等恶性事故。因此，如何提高大功率锂离子电池的使用安全性是动力锂离子电池产业发展面临的严峻挑战。 
目前是通过提高隔膜的熔断温度、增大隔膜熔断温度与闭孔温度之差来提高电池安全性。如聚丙烯/聚乙烯(PP/PE)复合隔膜：聚乙烯微孔膜具有合适的闭孔温度（大约120℃）、良好的耐热性、耐寒性；化学稳定性好；聚丙烯作为支撑层赋予隔膜较好的高温力学性能、抗刺穿性能，但聚丙烯的熔断温度在160℃左右，熔断温度与闭孔温度差太小，用作大功率锂离子电池隔膜时，由于电池内部温度骤升容易导致隔膜熔断，从而造成电池内部短路，因此其安全性有待进一步提高。表面复合陶瓷技术，即将陶瓷粉体与聚乙烯复合，如PE/纳米氧化铝复合膜等，这种复合膜既保持了隔膜优异的闭孔特性，又大大提高了隔膜的熔断温度和高温力学性能。然而，陶瓷复合膜的制备工艺复杂，成本高；并且由于复合隔膜各种组分热胀冷缩性能不同会导致隔膜循环用时界面粘结强度下降，有机/无机相分离，降低隔膜熔断温度及高温力学性能使寿命缩短等。 
发明内容
本发明针对大功率锂离子电池隔膜熔断温度不高、工艺复杂、高温力学性能不稳定等难以兼顾的问题，提供一种具有合适的闭孔温度、高温力学性能稳定、良好热缓冲性能的大功率锂离子电池隔膜。 
本发明的再一目的是提供一种具有合适的闭孔温度、高温力学性能稳定、良好热缓冲性能的大功率锂离子电池隔膜的制备方法。 
本发明的大功率锂离子电池隔膜是由将包含热相变材料的微胶囊和聚丙烯树脂、聚乙烯树脂分别混合形成共混树脂后熔融共挤出成膜，再经拉伸、定型工艺制备而成。聚乙烯赋予隔膜合适的闭孔温度，聚丙烯赋予隔膜优异的抗刺穿性能、高熔断温度以及高温力学性能稳定性；热相变材料在高温条件下的相转变过程能吸收大量的热量，赋予隔膜优异的热缓冲性能，避免电池内部温度升高过快引起的隔膜熔断与电池损坏。 
本发明的大功率锂离子电池隔膜的制备方法包括如下步骤： 
1)将聚α-甲基苯乙烯树酯分散在四氢呋喃中形成质量百分浓度为10～50%的溶液；
所述的聚α-甲基苯乙烯树酯黏均分子量为1～50万；
2) 将热相变材料溶解在水中形成质量百分比浓度为30～80%的均相溶液；
所述的热相变材料是指受热后发生相转变的材料，为甘露醇、赤藻糖醇、木糖醇、新戊二醇中的一种或大于一种的组合物；
3)将步骤2)制备的均相溶液在搅拌下缓慢加入到步骤1)所制备的溶液中，然后离心分离、干燥，得到包含有热相变材料的微胶囊；
所述的搅拌速度为100～800rpm；
所述的微胶囊中聚α-甲基苯乙烯树酯与热相变材料的质量比为0.167～3；
4)将聚乙烯树脂和聚丙烯树脂分别与步骤3)制备的微胶囊共混均匀得到聚乙烯/含热相变材料微胶囊的共混树脂或者聚丙烯/含热相变材料微胶囊的共混树脂；
所述的聚乙烯树脂的黏均分子量为10～500万；
所述的聚丙烯树脂的黏均分子量为10～100万；
所述的共混树脂中微胶囊的质量分数为10～60%；
5) 将步骤4)制备的共混树酯熔融共挤出，再经拉伸、定型而制得本发明的大功率锂离子电池隔膜；
所述的隔膜可以是PP/PE双层复合隔膜，也可以是PP/PE/PP三层复合隔膜。
本发明的有益效果
1) 本发明的大功率锂离子电池隔膜采用聚乙烯、聚丙烯作为基体材料，具有合适的闭孔温度、熔断温度、成本低廉；
2) 本发明的锂离子电池隔膜中热相变材料以微胶囊的形态存在，避免了高温下热相变材料的流失与损耗； 
3) 本发明的大功率锂离子电池隔膜含有热相变材料，高温下的相转变行为吸收电池内部产生的热量，赋予隔膜优异的热缓冲性能，避免电池内部温度骤升引起的隔膜熔断与电池损坏，大大提高了电池的安全性。
具体实施方式
实施例1
将400g聚α-甲基苯乙烯树酯(黏均分子量为5.2万)分散在3600g四氢呋喃中形成聚合物溶液；将200g木糖醇分散在467g水中形成水溶液，将该木糖醇水溶液在100rpm搅拌条件下缓慢滴加到聚α-甲基苯乙烯树酯/四氢呋喃溶液中，滴加完成后，离心分离得到微胶囊。将制备的微胶囊300g与500g聚乙烯(黏均分子量10万)共混，300g微胶囊与500g聚丙烯(黏均分子量为10万)共混。最后将这两种共混树脂在200℃温度下熔融共挤出制膜，120℃单轴拉伸500%形成复合微孔膜，经定形得到大功率锂离子电池隔膜。
对比例1
    将聚乙烯(黏均分子量10万)、聚丙烯(黏均分子量为10万)在200℃温度下熔融共挤出制膜，120℃单轴拉伸500%形成复合微孔膜，经定形得到大功率锂离子电池隔膜。
实施例2
将60g聚α-甲基苯乙烯树酯(黏均分子量为50万)分散在140g四氢呋喃中形成聚合物溶液；将40g甘露醇分散在10g水中形成溶液，将该甘露醇水溶液在800rpm搅拌条件下缓慢滴加到聚α-甲基苯乙烯树酯/四氢呋喃溶液中，滴加完成后，离心分离得到微胶囊。将制备的微胶囊50g与500g聚乙烯(黏均分子量500万) 共混，50g微胶囊与500g聚丙烯(黏均分子量为100万)共混。最后将该两种共混树脂在200℃温度下熔融共挤出制膜，120℃单轴拉伸800%形成双层复合微孔膜，经定形得到大功率锂离子电池隔膜。
对比例2
    将聚乙烯(黏均分子量500万)、聚丙烯(黏均分子量为100万)在200℃温度下熔融共挤出制膜，120℃单轴拉伸800%形成复合微孔膜，经定形得到大功率锂离子电池隔膜。
实施例3
将250g聚α-甲基苯乙烯树酯(黏均分子量为15.7万)分散在250g四氢呋喃中形成聚合物溶液；将150g新戊二醇分散在350g水中形成溶液，将该新戊二醇水溶液在600rpm搅拌条件下缓慢滴加到500g聚α-甲基苯乙烯树酯/四氢呋喃溶液中，滴加完成后，离心分离得到微胶囊。将制备的微胶囊200g与500g聚乙烯(黏均分子量为50万) 共混，微胶囊200g与500g聚丙烯(黏均分子量为20万)共混。最后将两种共混树脂在200℃温度下熔融共挤出制膜，120℃单轴拉伸600%形成聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合微孔膜，经定形得到大功率锂离子电池隔膜。
对比例3
    将聚乙烯(黏均分子量50万)、聚丙烯(黏均分子量为20万)在200℃温度下熔融共挤出制膜，120℃单轴拉伸600%形成复合微孔膜，经定形得到大功率锂离子电池隔膜。
实施例4
将300g聚α-甲基苯乙烯树酯(黏均分子量为7.4万)分散在1200g四氢呋喃中形成聚合物溶液；将100g赤藻糖醇分散在150g水中形成溶液，将该赤藻糖醇水溶液在400rpm搅拌条件下缓慢滴加到聚α-甲基苯乙烯树酯/四氢呋喃溶液中，滴加完成后，离心分离得到微胶囊。将制备的微胶囊200g与500g聚乙烯(黏均分子量为50万)，微胶囊200g与500g聚丙烯(黏均分子量为20万)共混。最后将这两种共混树脂在200℃温度下熔融共挤出制膜，120℃单轴拉伸700%形成聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合微孔膜，经定形得到大功率锂离子电池隔膜。
对比例4
    将聚乙烯(黏均分子量50万)、聚丙烯(黏均分子量为20万)在200℃温度下熔融共挤出制膜，120℃单轴拉伸700%形成复合微孔膜，经定形得到大功率锂离子电池隔膜。
测试方法
组装一个简易电池，放置在烘箱中，烘箱温度以3℃/min从室温升高到130℃并保持1小时，记录电池内电阻随时间的变化情况，当电池内电阻突然增加时视为隔膜发生闭孔行为，样品隔膜发生闭孔时的时间与相应对比例隔膜发生闭孔的时间之差即为隔膜的闭孔缓冲时间。隔膜发生闭孔后，继续升温至170℃并保持1小时，当电池内电阻突然减小时视为隔膜发生了熔断行为，样品隔膜发生熔断的时间与相应对比例隔膜发生熔断的时间之差即为隔膜的熔断缓冲时间。
将用实施例1～4和相应对比例所制备的隔膜组装成简易电池，按照上述测试方法进行热缓冲性能测试，所得结果列于表1中。 
表1 隔膜热性能 
样品号 闭孔温度 熔断温度 闭孔缓冲时间 熔断缓冲时间
实施例1 123.3℃ 160.7℃ 5min 0
对比例1 123.3℃ 160.7℃ 0 0
实施例2 130.7℃ 167.6℃ 0 30min
对比例2 130.7℃ 167.6℃ 0 0
实施例3 126.8℃ 161.4℃ 55min 0
对比例3 126.8℃ 161.4℃ 0 0
实施例4 127.6℃ 162.3℃ 48min 0
对比例4 127.6℃ 162.3℃ 0 0

Claims (8)

1.一种大功率锂离子电池隔膜，其特征在于该隔膜是将包含热相变材料的微胶囊和聚丙烯树脂、聚乙烯树脂分别混合形成共混树脂后经熔融共挤出成膜，再经拉伸、定型工艺制备而成。
2.一种大功率锂离子电池隔膜，其特征在于该制备方法包括以下步骤：
1) 将聚α-甲基苯乙烯树酯分散在四氢呋喃中形成质量百分比浓度为10～50%的溶液；
2) 将热相变材料溶解在水中形成质量百分比浓度为30～80%的均相溶液；
3) 将步骤2)制备的均相溶液在搅拌下缓慢加入到步骤1)所制备的溶液中，然后离心分离、干燥，得到包含有热相变材料的微胶囊；
4) 将聚乙烯树脂、聚丙烯树脂分别与步骤3)制备的微胶囊共混均匀得到聚乙烯/含热相变材料微胶囊的共混树脂或者聚丙烯/含热相变材料微胶囊的共混树脂；
5) 将步骤4)制备的共混树酯熔融共挤出，再经拉伸、定型而制得本发明的大功率锂离子电池隔膜。
3.根据权利要求1或2所述的一种大功率锂离子电池隔膜，其特征在于所述的聚乙烯树脂的黏均分子量为10～500万，聚丙烯树脂的黏均分子量为10～100万。
4.根据权利要求1或2所述的一种大功率锂离子电池隔膜，其特征在于所述的热相变材料是指受热后发生相转变的材料，为甘露醇、赤藻糖醇、木糖醇、新戊二醇中的一种或大于一种的组合物。
5.根据权利要求1或2所述的一种大功率锂离子电池隔膜，其特征在于所述的热相变材料以微胶囊形态添加到树脂中，所述的微胶囊在聚乙烯或聚丙烯树脂中的质量百分数为10～60%。
6.根据权利要求1或2所述的一种大功率锂离子电池隔膜，其特征在于所述的微胶囊中聚α-甲基苯乙烯树酯与热相变材料的质量比为0.167～3。
7.根据权利要求2所述的一种大功率锂离子电池隔膜，其特征在于所述的步骤1）中的聚α-甲基苯乙烯树酯黏均分子量为1～50万。
8.根据权利要求2所述的一种大功率锂离子电池隔膜，其特征在于所述的步骤3）中的搅拌速度为100～800rpm。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107293684A (zh) * 2017-06-12 2017-10-24 深圳天和顺新能源股份有限公司 一种高安全锂电池相变隔膜的配方及制造方法
CN107302075A (zh) * 2017-07-03 2017-10-27 河北金力新能源科技股份有限公司 一种自降温防闭孔的锂离子电池隔膜的制备方法
CN107994191A (zh) * 2017-11-15 2018-05-04 江苏华富储能新技术股份有限公司 一种含有相变储能材料的用于铅蓄电池的agm隔板
CN112928389A (zh) * 2021-03-03 2021-06-08 华中科技大学 一种相变调温隔膜及其制备方法和应用
CN114023923A (zh) * 2021-11-03 2022-02-08 天津市捷威动力工业有限公司 一种负极极片、锂离子电池及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100466369C (zh) * 2004-08-06 2009-03-04 株式会社Lg化学 内部构造中含有容纳相变材料的胶囊的电池***
CN102850573A (zh) * 2012-09-21 2013-01-02 中国乐凯胶片集团公司 一种湿法制备聚烯烃微孔膜的方法
CN203367370U (zh) * 2013-06-19 2013-12-25 孟祥辉 高安全性圆柱电池
CN103840113A (zh) * 2014-02-28 2014-06-04 苏州捷力新能源材料有限公司 一种用于锂电池的聚乙烯隔离膜的制备方法
JP5590430B2 (ja) * 2012-07-27 2014-09-17 Ｄｉｃ株式会社 変性セルロースナノファイバー含有ポリエチレン微多孔膜、セパレーター、及びそれを用いたリチウムイオン電池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100466369C (zh) * 2004-08-06 2009-03-04 株式会社Lg化学 内部构造中含有容纳相变材料的胶囊的电池***
JP5590430B2 (ja) * 2012-07-27 2014-09-17 Ｄｉｃ株式会社 変性セルロースナノファイバー含有ポリエチレン微多孔膜、セパレーター、及びそれを用いたリチウムイオン電池
CN102850573A (zh) * 2012-09-21 2013-01-02 中国乐凯胶片集团公司 一种湿法制备聚烯烃微孔膜的方法
CN203367370U (zh) * 2013-06-19 2013-12-25 孟祥辉 高安全性圆柱电池
CN103840113A (zh) * 2014-02-28 2014-06-04 苏州捷力新能源材料有限公司 一种用于锂电池的聚乙烯隔离膜的制备方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107293684A (zh) * 2017-06-12 2017-10-24 深圳天和顺新能源股份有限公司 一种高安全锂电池相变隔膜的配方及制造方法
CN107302075A (zh) * 2017-07-03 2017-10-27 河北金力新能源科技股份有限公司 一种自降温防闭孔的锂离子电池隔膜的制备方法
CN107302075B (zh) * 2017-07-03 2020-03-17 河北金力新能源科技股份有限公司 一种自降温防闭孔的锂离子电池隔膜的制备方法
CN107994191A (zh) * 2017-11-15 2018-05-04 江苏华富储能新技术股份有限公司 一种含有相变储能材料的用于铅蓄电池的agm隔板
CN112928389A (zh) * 2021-03-03 2021-06-08 华中科技大学 一种相变调温隔膜及其制备方法和应用
CN114023923A (zh) * 2021-11-03 2022-02-08 天津市捷威动力工业有限公司 一种负极极片、锂离子电池及其制备方法和应用
CN114023923B (zh) * 2021-11-03 2023-10-13 天津市捷威动力工业有限公司 一种负极极片、锂离子电池及其制备方法和应用

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