CN110364666A - 隔离膜和锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了隔离膜和锂离子电池，隔离膜包括：第一多孔基材；第二多孔基材；以及第三多孔基材；其中，第二多孔基材设置于第一多孔基材和第三多孔基材之间，隔离膜在纵向的拉伸强度大于隔离膜在横向的拉伸强度。采用本申请的隔离膜可以提高锂离子电池的热稳定性及安全性能。

Description

隔离膜和锂离子电池
技术领域
本申请涉及电池领域，更具体的，涉及隔离膜和锂离子电池。
背景技术
隔离膜是锂离子电池的重要组成部分，其在锂离子电池中主要起到隔离正负极，防止正负极直接接触而发生短路的作用，同时还具有导通锂离子的作用。因此，隔离膜的性能在很大程度上影响了锂离子电池的整体性能，尤其是安全性能。目前，锂离子电池在追求高能量密度的同时，对其倍率性能的要求也越来越高，导致锂离子电池的热稳定性、安全性能(例如耐重物撞击性能)较差。因此，急需一种在保证锂离子电池倍率性能的前提下能够提高锂离子电池的热稳定性和安全性能(例如耐重物撞击性能) 的隔离膜。
发明内容
本申请提供了由三层多孔基材构成的隔离膜的锂离子电池，通过采用本申请的由三层多孔基材构成的隔离膜，在综合隔离膜的不同层的性能后，能有效提高锂离子电池的热稳定性和安全性能(例如耐重物撞击性能)。
本申请提供了一种隔离膜，包括：第一多孔基材；第二多孔基材；以及第三多孔基材；其中，所述第二多孔基材设置于所述第一多孔基材和所述第三多孔基材之间，所述隔离膜在纵向的拉伸强度大于所述隔离膜在横向的拉伸强度。
在上述隔离膜中，其中，所述隔离膜在纵向的拉伸强度为1000 kgf/m2～3000kgf/m2。
在上述隔离膜中，其中，所述隔离膜在横向的拉伸强度为20kgf/m2～400 kgf/m2。
在上述隔离膜中，其中，所述第一多孔基材的熔点为150℃～350℃，所述第二多孔基材的熔点为110℃～150℃，所述第三多孔基材的熔点为150℃～350℃。
在上述隔离膜中，其中，所述隔离膜的孔隙率为25％～70％。
在上述隔离膜中，其中，所述第二多孔基材包括聚乙烯、无规聚丙烯中的至少一种，所述第一多孔基材和所述第三多孔基材各自独立的包括等规聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、纤维素、聚酰亚胺、聚酰胺、氨纶和聚苯二甲酰苯二胺中的一种或多种。
在上述隔离膜中，其中，所述隔离膜还包括多孔层，所述多孔层设置在所述隔离膜的至少一个表面上。
在上述隔离膜中，其中，所述多孔层包括粘结剂和无机颗粒，所述粘结剂选自偏二氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯-三氯乙烯的共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯的共聚物、聚酰亚胺、聚氧化乙烯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰基乙基支链淀粉、氰基乙基聚乙烯醇、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯的共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、苯乙烯-丁二烯的共聚物和聚偏二氟乙烯中的一种或多种。
在上述隔离膜中，其中，所述无机颗粒选自氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锡(SnO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化钙(CaO)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、碳化硅(SiC)、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或多种。
本申请还提供了包括上述隔离膜的锂离子电池。
本申请通过采用由三层多孔基材构成的隔离膜(隔离膜在纵向的拉伸强度大于隔离膜在横向的拉伸强度)，提高了包括该隔离膜的锂离子电池的热稳定性和安全性能(例如耐重物撞击性能)。此外，在隔离膜的表面上设置多孔层可以用于进一步提高锂离子电池的热稳定性和安全性能。
附图说明
图1是表示由三层多孔基材构成的隔离膜的示意图。
图2是表示卷绕型结构的电极组件的示意图。
图3是表示堆叠型结构的电极组件的示意图。
图4是表示有多孔层的由三层多孔基材构成的隔离膜的示意图。
具体实施方式
下面详细充分地说明示例性实施例，不过，这些示例性实施例可以用不同的方式来实施，并且，不应被解释为局限于本申请所阐述的这些实施例。相反，提供这些实施例的目的在于使本申请公开彻底和完整，以及将本申请的范围充分地传达给本领域所属技术人员。
为了提高锂离子电池的热稳定性及安全性能(例如耐重物撞击性能)，本申请提供了多层复合隔离膜，例如三层复合隔离膜。如图1所示，本申请的隔离膜包括第一多孔基材1、第二多孔基材2和第三多孔基材3，其中，第二多孔基材2设置于第一多孔基材1和第三多孔基材3之间。
在一些实施例中，第一多孔基材和第三多孔基材各自独立的包括等规聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、纤维素、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、氨纶和聚苯二甲酰苯二胺中的一种或多种。在一些实施例中，第一多孔基材的熔点为150℃～350℃，第三多孔基材的熔点为150℃～350℃。在一些实施例中，第二多孔基材包括聚乙烯、无规聚丙烯中的一种或多种。在一些实施例中，第二多孔基材的熔点为110℃～150℃。
在一些实施例中，第一、第三多孔基材的熔点高于第二多孔基材的熔点，当锂离子电池由于滥用导致产热时，锂离子电池内部的温度会上升到高于隔离膜第二多孔基材的熔点，第二多孔基材会首先产生闭孔或熔化堵住隔离膜的第一、第三多孔基材的微孔，使得隔离膜整体的孔隙率急剧降低，使得锂离子无法在正极和负极之间流动，从而切断电流，减小产热，避免温度继续升高导致锂离子电池起火或***，提高锂离子电池的安全性能。同时由于第一、第三多孔基材有较高的耐热温度可以防止隔离膜收缩导致正极极片和负极极片接触而短路。
在一些实施例中，本申请的隔离膜的孔隙率在25％～70％之间。
在一些实施例中，本申请的隔离膜在纵向的拉伸强度大于隔离膜在横向的拉伸强度。在一些实施例中，隔离膜在纵向的拉伸强度为1000 kgf/m2～3000kgf/m2。在一些实施例中，隔离膜在横向的拉伸强度为20 kgf/m2～400kgf/m2。在一些实施例中，锂离子电池的电极组件为卷绕结构，如图2所示，纵向是指电极组件的卷绕方向，横向是指与纵向垂直的方向。在一些实施例中，锂离子电池的电极组件为堆叠或折叠结构，如图3所示，纵向是指极耳5的引出方向，横向是指与纵向垂直的方向。
在一些实施例中，隔离膜的拉伸强度与锂离子电池的安全性能相关，隔离膜在纵向的拉伸强度大于隔离膜在横向的拉伸强度，当锂离子电池被重物撞击时，隔离膜横向的拉伸强度低，越容易断裂，锂离子电池断口的整齐度越好，断口毛刺越少，防止电池内部极片直接接触造成电池起火，提高锂离子电池的安全性能。
在一些实施例中，本申请的隔离膜还包括多孔层，多孔层设置在隔离膜的至少一个表面上。参见图4，图4示出了含有多孔层4的复合多层隔离膜的示意图。当然，图4中示出的隔离膜的结构仅是示例性的，多孔层 4也可以设置在靠近第一多孔基材1的隔离膜的表面上，或者在靠近第一多孔基材1和第三多孔基材3的隔离膜的表面上均设置多孔层4。
在一些实施例中，多孔层4包括粘结剂和无机颗粒。粘结剂选自偏二氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯-三氯乙烯的共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯的共聚物、聚酰亚胺、聚氧化乙烯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰基乙基支链淀粉、氰基乙基聚乙烯醇、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯的共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、苯乙烯-丁二烯的共聚物和聚偏二氟乙烯中的一种或多种。粘结剂能够提供对极片足够的粘结界面，保证隔离膜对极片的高粘结力，使锂离子电池具有较高的安全性能。
无机颗粒选自氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO2)、二氧化铪(HfO2)、氧化锡(SnO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化钙(CaO)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、碳化硅(SiC)、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或多种。无机颗粒能够对多孔层起到很好的机械支撑作用，防止多孔层在锂离子电池的加工过程中发生压缩坍塌，同时无机颗粒的存在能够提高隔离膜的热收缩性能。
当锂离子电池受到重物撞击时，多孔层能够与隔离膜表面产生相对滑动，能够减少隔离膜断裂的风险，同时多孔层中无机物颗粒的存在使得隔离膜机械强度提高，隔离膜的抗冲击安全性能提高，提高锂离子电池的安全性能。锂离子电池还包括正极极片、负极极片以及电解质，其中，本申请的隔离膜***在正极极片和负极极片之间。正极集流体可以为铝箔或镍箔，负极集流体可为铜箔或镍箔。
在上述锂离子电池中，正极极片包括能够吸收和释放锂(Li)的正极材料(下文中，有时称为“能够吸收/释放锂Li的正极材料”)。能够吸收 /释放锂(Li)的正极材料的实例可以包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂、磷酸钒锂、磷酸钒氧锂、磷酸铁锂、钛酸锂和富锂锰基材料中的一种或多种。
在上述正极材料中，钴酸锂的化学式可以为LixCoaM1bO2-c，其中，M1 表示选自镍(Ni)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒 (V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)、钇(Y)、镧(La)、锆(Zr)和硅(Si) 中的至少一种，x、a、b和c值分别在以下范围内：0.8≤x≤1.2、0.8≤a≤ 1、0≤b≤0.2、-0.1≤c≤0.2；
在上述正极材料中，镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂的化学式可以为 LiyNidM2eO2-f，其中，M2表示选自钴(Co)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝 (Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)、锆(Zr) 和硅(Si)中的至少一种，y、d、e和f值分别在以下范围内：0.8≤y≤1.2、 0.3≤d≤0.98、0.02≤e≤0.7、-0.1≤f≤0.2；
在上述正极材料中，锰酸锂的化学式为LizMn2-gM3gO4-h，其中M3表示选自钴(Co)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)和钨(W)中的至少一种，z、g和h值分别在以下范围内：0.8≤z≤1.2、0≤g<1.0和-0.2≤h≤0.2。
负极极片包括能够吸收和释放锂(Li)的负极材料(下文中，有时称为“能够吸收/释放锂Li的负极材料”)。能够吸收/释放锂(Li)的负极材料的例子可以包括碳材料、金属化合物、氧化物、硫化物、锂的氮化物例如LiN3、锂金属、与锂一起形成合金的金属和聚合物材料。
碳材料的例子可以包括低石墨化的碳、易石墨化的碳、人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、热解碳、焦炭、玻璃碳、有机聚合物化合物烧结体、碳纤维和活性炭。其中，焦炭可以包括沥青焦炭、针状焦炭和石油焦炭。有机聚合物化合物烧结体指的是通过在适当的温度下煅烧聚合物材料例如苯酚塑料或者呋喃树脂以使之碳化获得的材料，将这些材料中的一些分成低石墨化碳或者易石墨化的碳。聚合物材料的例子可以包括聚乙炔和聚吡咯。
在能够吸收/释放锂(Li)的这些负极材料中，更进一步地，选择充电和放电电压接近于锂金属的充电和放电电压的材料。这是因为负极材料的充电和放电电压越低，电池越容易具有更高的能量密度。其中，负极材料可以选择碳材料，因为在充电和放电时它们的晶体结构只有小的变化，因此，可以获得良好的循环特性以及大的充电和放电容量。尤其可以选择石墨，因为它可以给出大的电化学当量和高的能量密度。
此外，能够吸收/释放锂(Li)的负极材料可以包括单质锂金属、能够和锂(Li)一起形成合金的金属元素和半金属元素，包括这样的元素的合金和化合物等等。特别地，将它们和碳材料一起使用，因为在这种情况中，可以获得良好的循环特性以及高能量密度。除了包括两种或者多种金属元素的合金之外，这里使用的合金还包括包含一种或者多种金属元素和一种或者多种半金属元素的合金。该合金可以处于以下状态固溶体、共晶晶体 (共晶混合物)、金属间化合物及其混合物。
金属元素和半金属元素的例子可以包括锡(Sn)、铅(Pb)、铝(Al)、铟(In)、硅(Si)、锌(Zn)、锑(Sb)、铋(Bi)、镉(Cd)、镁(Mg)、硼(B)、镓(Ga)、锗(Ge)、砷(As)、银(Ag)、锆(Zr)、钇(Y) 和铪(Hf)。上述合金和化合物的例子可以包括具有化学式：MasMbtLiu的材料和具有化学式：MapMcqMdr的材料。在这些化学式中，Ma表示能够与锂一起形成合金的金属元素和半金属元素中的至少一种元素；Mb表示除锂和Ma之外的金属元素和半金属元素中的至少一种元素；Mc表示非金属元素中的至少一种元素；Md表示除Ma之外的金属元素和半金属元素中的至少一种元素；并且s、t、u、p、q和r满足s＞0、t≥0、u≥0、p＞0、q＞0 和r≥0。
此外，可以在负极中使用不包括锂(Li)的无机化合物，例如MnO2、 V2O5、V6O13、NiS和MoS。
上述锂离子电池还包括电解质，电解质可以是凝胶电解质、固态电解质和电解液中的一种或多种，电解液包括锂盐和非水溶剂。
锂盐包括选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、 LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、LiSiF6、LiBOB和二氟硼酸锂中的一种或多种。例如，锂盐选用LiPF6，因为它可以给出高的离子导电率并改善循环特性。
非水溶剂可为碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物、其它有机溶剂或它们的组合。
碳酸酯化合物可为链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物、氟代碳酸酯化合物或其组合。
链状碳酸酯化合物的实例为碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)及其组合。所述环状碳酸酯化合物的实例为碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)及其组合。所述氟代碳酸酯化合物的实例为碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸1,2- 二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2- 四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2- 二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯、碳酸三氟甲基亚乙酯及其组合。
羧酸酯化合物的实例为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯、甲酸甲酯及其组合。
醚化合物的实例为二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃及其组合。
其它有机溶剂的实例为二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯和磷酸酯及其组合。
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序卷绕或堆叠或折叠成电极组件，之后装入包装壳(例如铝塑膜)中，注入电解液，化成、封装，即制成锂离子电池。
本领域的技术人员将理解，以上描述的锂离子电池的制备方法仅是实施例。在不背离本申请公开的内容的基础上，可以采用本领域常用的其他方法。
下面结合具体的实施例进行说明，以更好地理解本申请。
实施例1
(1)负极极片的制备
将溶剂去离子水和增稠剂羧甲基纤维素钠(CMC)加入到搅拌研磨机中，使其在真空状态下溶解完全，得到水性高分子溶液；再将导电剂导电炭黑加入到水性高分子溶液中，快速搅拌均匀；之后再加入负极材料人造石墨，并在真空条件下缓慢搅拌均匀；之后再加入粘结剂丁苯橡胶，并在真空条件下缓慢搅拌均匀，制得负极浆料；随后将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔的两面，干燥后得到负极材料层，再用辊压机压实，最后裁片、焊接极耳，即得到锂离子电池的负极极片。其中，负极材料、导电剂、粘结剂、增稠剂的质量比为94.5:1.5:2:2。
(2)正极极片的制备
将溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)和粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)加入到搅拌研磨机中，使其在真空状态下溶解完全，得到聚偏氟乙烯溶液；再将导电剂导电炭黑加入到聚偏氟乙烯溶液中，快速搅拌均匀；之后再加入正极材料钴酸锂(LiCoO2)，并在真空条件下搅拌均匀，制得正极浆料；随后将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔的两面，再用辊压机压实，最后裁片、焊接极耳，即得到锂离子电池的正极极片。其中，正极材料、粘结剂、导电剂的质量比为92:4:4。
(3)电解质的制备
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DEC)按照体积比为EC:PC:DEC＝1:1:1进行混合，接着将充分干燥的锂盐LiPF6溶解于混合有机溶剂中，混合均匀后获得液态电解质(电解液)，其中LiPF6的浓度为1M。
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材(熔点为163℃～167℃，纵向拉伸强度为1030kgf/cm2，横向拉伸强度为802kgf/cm2的等规聚丙烯PP)、第二多孔基材(熔点为 118℃～122℃，纵向拉伸强度为810kgf/cm2，横向拉伸强度为707kgf/cm2的聚乙烯PE)与第三多孔基材(熔点为163℃～167℃，纵向拉伸强度为1030 kgf/cm2，横向拉伸强度为802kgf/cm2的等规聚丙烯PP)，将第二多孔基材设置于第一和第三多孔基材间，热压复合在一起得到隔离膜，其中，热压温度控制在90℃，热压压力控制在1.0MPa。其中，该隔离膜在纵向的拉伸强度为890kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为730kgf/cm2，该隔离膜孔隙率为30％。
(5)锂离子电池的制备
将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到电极组件；将电极组件置于包装壳铝塑膜中，将上述制备好的电解液注入到干燥后的电极组件中，经过真空封装、静置、化成、容量测试、整形等工序，得到锂离子电池。
实施例2
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为829kgf/cm2，横向拉伸强度为700 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为800kgf/cm2，横向拉伸强度为 627kgf/cm2，第三多孔基材为(熔点为170℃～172℃，纵向拉伸强度为610 kgf/cm2，横向拉伸强度为550kgf/cm2的聚偏氟乙烯PVDF)，隔离膜在纵向的拉伸强度为773kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为624kgf/cm2。
实施例3
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材为(熔点为169℃～172℃，纵向拉伸强度为610kgf/cm2，横向拉伸强度为400kgf/cm2的的聚偏氟乙烯PVDF)第二多孔基材纵向拉伸强度为467kgf/cm2，横向拉伸强度为627kgf/cm2，第三多孔基材为(熔点为169℃～172℃，纵向拉伸强度为610kgf/cm2，横向拉伸强度为400 kgf/cm2的的聚偏氟乙烯PVDF)，隔离膜在纵向的拉伸强度为545kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为483kgf/cm2。
实施例4
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为942kgf/cm2，横向拉伸强度为700 kgf/cm2，第二多孔基材为(熔点为112℃～114℃，纵向拉伸强度为820 kgf/cm2，横向拉伸强度为630kgf/cm2的无规聚丙烯PP)，第三多孔基材纵向拉伸强度为942kgf/cm2，横向拉伸强度为700kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为923kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为684kgf/cm2。
实施例5
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材为(熔点为230℃～234℃，纵向拉伸强度为370kgf/cm2，横向拉伸强度为411kgf/cm2的聚酰胺PA)，第二多孔基材为(熔点110℃～113℃，纵向拉伸强度为620kgf/cm2，横向拉伸强度为530kgf/cm2的的无规聚丙烯PP)，第三多孔基材为(熔点为318℃～320℃，纵向拉伸强度为 400kgf/cm2，横向拉伸强度为380kgf/cm2的的聚酰亚胺PI)，隔离膜在纵向的拉伸强度为475kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为446kgf/cm2。
实施例6
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为1200kgf/cm2，横向拉伸强度为800 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为800kgf/cm2，横向拉伸强度为 627kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为1200kgf/cm2，横向拉伸强度为 800kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为1000kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为721kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为35％。
实施例7
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为2130kgf/cm2，横向拉伸强度为670 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为1820kgf/cm2，横向拉伸强度为557 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为2130kgf/cm2，横向拉伸强度为670 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为1912kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为628kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为35％。
实施例8
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为1810kgf/cm2，横向拉伸强度为1412 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为1662kgf/cm2，横向拉伸强度为1100 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为1810kgf/cm2，横向拉伸强度为1412 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为1702.6kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为1296.3kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为35％。
实施例9
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为790kgf/cm2，横向拉伸强度为230 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为761kgf/cm2，横向拉伸强度为102 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为790kgf/cm2，横向拉伸强度为230 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为780kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为182kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为40％。
实施例10
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为592kgf/cm2，横向拉伸强度为350 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为514kgf/cm2，横向拉伸强度为301 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为592kgf/cm2，横向拉伸强度为350 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为560kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为320.1kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为40％。
实施例11
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为713kgf/cm2，横向拉伸强度为440 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为601kgf/cm2，横向拉伸强度为351 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为713kgf/cm2，横向拉伸强度为440 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为680kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为400kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为40％。
实施例12
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为470kgf/cm2，横向拉伸强度为55kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为373kgf/cm2，横向拉伸强度为210kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为470kgf/cm2，横向拉伸强度为55kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为413kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为97.7 kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为40％。
实施例13
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为1630kgf/cm2，横向拉伸强度为212 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为1170kgf/cm2，横向拉伸强度为103 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为1630kgf/cm2，横向拉伸强度为212 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为1479.9kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为182kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为35％。
实施例14
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为1501kgf/cm2，横向拉伸强度为390 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为1307kgf/cm2，横向拉伸强度为280 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为1501kgf/cm2，横向拉伸强度为390 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为1453kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为346kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为35％。
实施例15
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为1410kgf/cm2，横向拉伸强度为194 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为1070kgf/cm2，横向拉伸强度为247 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为1410kgf/cm2，横向拉伸强度为194 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为1296.3kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为203kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为35％。
实施例16
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为1842kgf/cm2，横向拉伸强度为24 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为1971kgf/cm2，横向拉伸强度为16 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为1842kgf/cm2，横向拉伸强度为24 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为1898kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为21kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为35％。
实施例17
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为2728kgf/cm2，横向拉伸强度为113 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为3007kgf/cm2，横向拉伸强度为84 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为2728kgf/cm2，横向拉伸强度为113 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为2828kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为97.7kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为35％。
实施例18
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为1230kgf/cm2，横向拉伸强度为436 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为900kgf/cm2，横向拉伸强度为303 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为1230kgf/cm2，横向拉伸强度为436 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为1076kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为387kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为35％。
实施例19
锂离子电池的制备过程同实施例18，区别在于，
(4)隔离膜的制备
还在隔离膜的一表面上形成有多孔层，多孔层包括聚丙烯腈和氧化铝。
实施例20
锂离子电池的制备过程同实施例13，区别在于，
(4)隔离膜的制备
还在隔离膜的两个表面上形成有多孔层，多孔层包括聚丙烯腈和氧化铝。
实施例21
锂离子电池的制备过程同实施例14，区别在于，
(4)隔离膜的制备
还在隔离膜的两个表面上形成有多孔层，多孔层包括聚四氟乙烯和二氧化硅。
实施例22
锂离子电池的制备过程同实施例15，区别在于，
(4)隔离膜的制备
还在隔离膜的两个表面上形成有多孔层，多孔层包括聚四氟乙烯、聚丙烯腈和二氧化硅。
实施例23
锂离子电池的制备过程同实施例17，区别在于，
(4)隔离膜的制备
还在隔离膜的两个表面上形成有多孔层，多孔层包括聚四氟乙烯、二氧化硅和氧化铝。
对比例1
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为1400kgf/cm2，横向拉伸强度为1400 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为1007kgf/cm2，横向拉伸强度为1007 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为1400kgf/cm2，横向拉伸强度为1007 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为1224kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为1224kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为40％。
对比例2
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为1301kgf/cm2，横向拉伸强度为1700 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为1570kgf/cm2，横向拉伸强度为1989 kgf/cm2，第三多孔基材纵向拉伸强度为1301kgf/cm2，横向拉伸强度为1700 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为1436kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为1736kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为50％。
对比例3
锂离子电池的制备过程同实施例1，区别在于，
(4)隔离膜的制备
第一多孔基材纵向拉伸强度为229kgf/cm2，横向拉伸强度为216 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为370kgf/cm2，横向拉伸强度为360 kgf/cm2，第二多孔基材纵向拉伸强度为229kgf/cm2，横向拉伸强度为216 kgf/cm2，隔离膜在纵向的拉伸强度为263kgf/cm2，隔离膜在横向的拉伸强度为263kgf/cm2，隔离膜的孔隙率为55％。
接下来说明锂离子电池的测试过程。
(1)隔离膜的拉伸强度测试
先将隔离膜分别沿纵向和横向裁成宽(W)为14.5mm、长(L)为100mm 的样品，采用高铁拉力机以50mm/min的恒定速率(v)、40mm(S1)的夹持距离拉伸隔离膜样品，分别记录隔离膜样品纵向和横向断裂时的拉伸强度。
(2)锂离子电池的耐热性能测试
将锂离子电池放置在130℃的热箱中1小时，或者将锂离子电池放置在140℃的热箱中1小时，或者将锂离子电池放置在150℃的热箱中3分钟，以锂离子电池不***、不起火、不冒烟为通过，每组测试5个锂离子电池。
(3)锂离子电池的重物撞击测试
在25℃下，将锂离子电池以0.5C恒流充电至电压为4.3V，之后以4.3V 恒压充电至电流为0.05C，采用UL1642测试标准，其中，重锤质量为9.8kg、直径为15.8mm、下落高度为61±2.5cm，下落方向平行于隔离膜纵向，对锂离子电池进行撞击测试，撞击测试以锂离子电池不***、不起火、不冒烟为通过，每组测试5个锂离子电池，计算锂离子电池的重物撞击测试通过率(若4个通过重物撞击测试则表示为4|5)。
测试结果如下表1所示。
表1
通过比较实施例1-5和对比例1-3可知，通过使隔离膜在纵向的拉伸强度大于隔离膜在横向的拉伸强度，锂离子电池在130℃、140℃和150℃的温度下的热稳定性显著提高。
通过比较实施例6-8和对比例1-3可知，通过使隔离膜在纵向的拉伸强度大于隔离膜在横向的拉伸强度，且隔离膜在纵向的拉伸强度为 1000kgf/m2以上时，锂离子电池在130℃、140℃和150℃温度下的热稳定性有一定改善，而锂离子电池的重物撞击测试通过率没有明显改善，这说明隔离膜纵向的拉伸强度越高，锂离子电池热稳定性越好。
通过比较实施例9-12和对比例1-3可知，通过使隔离膜在纵向的拉伸强度大于隔离膜在横向的拉伸强度，且隔离膜在横向的拉伸强度为 400kgf/m2以下时，锂离子电池的重物撞击测试通过率有很大改善，锂离子电池安全性能越好。
通过比较实施例13-18和对比例1-3可知，通过使隔离膜在纵向的拉伸强度大于隔离膜在横向的拉伸强度，隔离膜在纵向的拉伸强度为 1000kgf/m2以上且隔离膜在横向的拉伸强度为400kgf/m2以下时，隔离膜热稳定性显著提高，锂离子电池的热稳定性提高。同时在重物撞击时，隔离膜在横向拉伸强度低，锂离子电池断口的整齐度好，产生的毛刺越少，极片毛刺导致短路失效的风险低，能够显著提高锂离子电池的安全性能。
通过比较实施例19和对比例1可知，通过使隔离膜在纵向的拉伸强度大于隔离膜在横向的拉伸强度，隔离膜在纵向的拉伸强度为1000kgf/m2以上，隔离膜在横向的拉伸强度为400kgf/m2以下，且在隔离膜的一个表面上设置有多孔层，此时锂离子电池的热稳定性和重物撞击测试通过率显著提高。
通过比较实施例20-23和对比例1-3可知，通过使隔离膜在纵向的拉伸强度大于隔离膜在横向的拉伸强度，隔离膜在纵向的拉伸强度为 1000kgf/m2以上，隔离膜在横向的拉伸强度为400kgf/m2以下，且在隔离膜的两个表面上均设置有多孔层时，锂离子电池的热稳定性和重物撞击测试通过率有很大提升，尤其是锂离子电池的重物撞击测试通过率改善最明显。
本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本申请的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种隔离膜，包括：
第一多孔基材；
第二多孔基材；以及
第三多孔基材；
其中，所述第二多孔基材设置于所述第一多孔基材和所述第三多孔基材之间，所述隔离膜在纵向的拉伸强度大于所述隔离膜在横向的拉伸强度。
2.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述隔离膜在纵向的拉伸强度为1000kgf/m2～3000kgf/m2。
3.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述隔离膜在横向的拉伸强度为20kgf/m2～400kgf/m2。
4.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述第一多孔基材的熔点为150℃～350℃，所述第二多孔基材的熔点为110℃～150℃，所述第三多孔基材的熔点为150℃～350℃。
5.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述隔离膜的孔隙率为25％～70％。
6.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述第二多孔基材包括聚乙烯、无规聚丙烯中的至少一种，所述第一多孔基材和所述第三多孔基材分别包括等规聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、纤维素、聚酰亚胺、聚酰胺、氨纶和聚苯二甲酰苯二胺中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的隔离膜，其中，所述隔离膜还包括多孔层，所述多孔层设置在所述隔离膜的至少一个表面上。
8.根据权利要求7所述的隔离膜，其中，所述多孔层包括粘结剂和无机颗粒，所述粘结剂选自偏二氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯-三氯乙烯的共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯的共聚物、聚酰亚胺、聚氧化乙烯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰基乙基支链淀粉、氰基乙基聚乙烯醇、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯的共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、苯乙烯-丁二烯的共聚物和聚偏二氟乙烯中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的隔离膜，其中，所述无机颗粒选自氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或多种。
10.一种锂离子电池，包括根据权利要求1-9所述的隔离膜。
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