CN111916634A - 一种锂离子电池用ptc效应隔膜 - Google Patents

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魏佳骏
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Abstract

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池用PTC效应隔膜。由隔膜基膜、锂离子导体化合物、PTC母体树脂、粘合剂组成，其中锂离子导体化合物与PTC母体树脂混合后，通过粘合剂附着在隔膜基膜上。该复合隔膜通过锂离子导体化合物为锂离子提供内部通道，通过PTC母体树脂提高隔膜的安全性能。

Description

一种锂离子电池用PTC效应隔膜
技术领域
本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池用PTC效应隔膜。
背景技术
锂离子电池能量密度高，循环性能好，输出电压高，可以用于动力、储能等领域，但锂离子电池的安全性能亟待提高。当锂离子电池在热滥用的情况下，会发生较多的副反应，反应活性加快，易于发生安全问题。
本发明通过将PTC母体树脂与锂离子导体化合物涂覆在隔膜上，改善现在锂离子电池用隔膜存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池用PTC效应隔膜，能增加隔膜的安全性能，降低锂离子电池在高温下的反应活性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锂离子电池用PTC效应隔膜，其特征在于：所述隔膜的组成包括隔膜基膜、锂离子导体化合物、PTC母体树脂、粘合剂；其中锂离子导体化合物与PTC母体树脂混合后，通过粘合剂附着在隔膜基膜上。
所述隔膜基膜选自干法单拉隔膜、干法双拉隔膜、湿法隔膜中的任意一种。
所述隔膜基膜为单层或双层隔膜。
所述的锂离子导体化合物为Li(1+x)MxTi(2-x)(PO4)3，(M＝Al，Cr，Ga，Fe，Sc，In)，x取值0.1-0.3，LiM2(PO4)3，(M＝Ge，Sn，Hf)，钙钛矿型化合物、LiMX4型化合物(M＝Mg，Mn，Cd，Ti，Cd，Cr，Co，Fe，Zn)或复合物型锂离子导体Li2SO4-Al2O3，LiAg2SO4-Al2O3，Li(1+x)AlxTi(2-x)(PO4)3-Li2O的一种或多种；所述锂离子导体化合物粒径D50范围为50-3000nm。
所述PTC母体树脂为高密度聚乙烯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯蜡、聚苯胺、聚苯硫醚中的任意一种。
所述锂离子导体化合物与PTC母体树脂的重量比例为0.1-0.4之间。
所述粘合剂包括羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或多种。
所述的一种锂离子电池用PTC效应隔膜的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将锂离子导体化合物加入到含有或不含有分散剂的溶剂中，通过球磨、搅拌或超声进行分散；
(2)将PTC母体树脂加入到上述分散后的锂离子导体化合物分散液中，通过球磨、搅拌或超声进行分散；
(3)在上述分散液中加入粘合剂，制成涂膜浆料；
(4)将涂膜浆料通过喷涂、刮涂、浸渍提拉或辊涂法，涂布在隔膜基膜之上；
(5)将涂覆后的隔膜烘干，获得锂离子电池用PTC效应隔膜。
步骤(3)所述粘合剂占步骤(3)涂膜浆料所有固体含量的1wt％-15wt％，
本发明有以下有益效果：
1.锂离子导体化合物涂层能够传导锂离子，锂离子通过隔膜孔隙时，能够利用锂离子导体化合物增加传导速率，增加隔膜的锂离子电导率。
2.当超过PTC母体树脂的居里温度时，PTC母体树脂/锂离子导体化合物涂层的锂离子电导率随温度大幅下降，降低锂离子电池在高温下的反应活性，提高安全性能。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
将20质量份锂离子导体化合物Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3进行球磨，使粒径D50达到100nm，通过超声分散，将离子导体化合物分散在NMP溶剂中。
将球磨后的75份质量份聚乙烯蜡分散在上述锂离子导体化合物的分散液中，通过超声分散得到悬浮液。
将5质量份PVDF加入到上述NMP悬浮液中，超声分散后，得到涂膜浆料。将涂膜浆料通过刮涂的方式涂覆在湿法隔膜(厚度12μm，透气率200s/100ml)上，涂覆厚度2μm，进行烘干后，得到成品。
成品与原隔膜制成电芯对比：
Figure BDA0002608852030000031
实施例2
将20质量份锂离子导体化合物Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3-Li2O进行球磨，使粒径D50达到200nm，通过超声分散，将离子导体化合物分散在NMP溶剂中。
将球磨后的75份质量份聚乙烯蜡分散在上述锂离子导体化合物的分散液中，通过超声分散得到悬浮液。
将5质量份PVDF加入到上述NMP悬浮液中，超声分散后，得到涂膜浆料。将涂膜浆料通过刮涂的方式涂覆在湿法隔膜(厚度12μm，透气率200s/100ml)上，涂覆厚度2μm，进行烘干后，得到成品。
成品与原隔膜制成电芯对比：
Figure BDA0002608852030000032
实施例3
将20质量份锂离子导体化合物LiGe2(PO4)3进行球磨，使粒径D50达到50nm，通过超声分散，将离子导体化合物分散在NMP溶剂中。
将球磨后的75份质量份聚苯硫醚分散在上述锂离子导体化合物的分散液中，通过超声分散得到悬浮液。
将5质量份PVDF加入到上述NMP悬浮液中，超声分散后，得到涂膜浆料。将涂膜浆料通过刮涂的方式涂覆在湿法隔膜(厚度12μm，透气率200s/100ml)上，涂覆厚度2μm，进行烘干后，得到成品。
成品与原隔膜制成电芯对比：
Figure BDA0002608852030000041
对比例
将50质量份锂离子导体化合物Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3进行球磨，使粒径D50达到100nm，通过超声分散，将离子导体化合物分散在NMP溶剂中。
将球磨后的45份质量份聚乙烯蜡分散在上述锂离子导体化合物的分散液中，通过超声分散得到悬浮液。
将5质量份PVDF加入到上述NMP悬浮液中，超声分散后，得到涂膜浆料。将涂膜浆料通过刮涂的方式涂覆在湿法隔膜(厚度12μm，透气率200s/100ml)上，涂覆厚度2μm，进行烘干后，得到成品。
成品与原隔膜制成电芯对比，25℃下电芯内阻上升：
Figure BDA0002608852030000051
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种锂离子电池用PTC效应隔膜，其特征在于：所述隔膜的组成包括隔膜基膜、锂离子导体化合物、PTC母体树脂、粘合剂；其中锂离子导体化合物与PTC母体树脂混合后，通过粘合剂附着在隔膜基膜上。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用PTC效应隔膜，其特征在于：所述隔膜基膜选自干法单拉隔膜、干法双拉隔膜、湿法隔膜中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用PTC效应隔膜，其特征在于：所述隔膜基膜为单层或双层隔膜。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用PTC效应隔膜，其特征在于：所述的锂离子导体化合物为Li（1+x）MxTi（2-x）（PO4）3，（M=Al，Cr，Ga，Fe，Sc，In），x取值0.1-0.3，LiM2（PO4）3，（M=Ge，Sn，Hf），钙钛矿型化合物、LiMX4型化合物（M=Mg，Mn，Cd，Ti，Cd，Cr，Co，Fe，Zn）或复合物型锂离子导体Li2SO4-Al2O3，LiAg2SO4-Al2O3，Li（1+x）AlxTi（2-x）（PO4）3-Li2O的一种或多种；所述锂离子导体化合物粒径D50范围为50-3000nm。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用PTC效应隔膜，其特征在于：所述PTC母体树脂为高密度聚乙烯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯蜡、聚苯胺、聚苯硫醚中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用PTC效应隔膜，其特征在于：所述锂离子导体化合物与PTC母体树脂的重量比例为0.1-0.4之间。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用PTC效应隔膜，其特征在于：所述粘合剂包括羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯中的一种或多种。
8.一种如权利要求1所述的一种锂离子电池用PTC效应隔膜的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将锂离子导体化合物加入到含有或不含有分散剂的溶剂中，通过球磨、搅拌或超声进行分散；
（2）将PTC母体树脂加入到上述分散后的锂离子导体化合物分散液中，通过球磨、搅拌或超声进行分散；
（3）在上述分散液中加入粘合剂，制成涂膜浆料；
（4）将涂膜浆料通过喷涂、刮涂、浸渍提拉或辊涂法，涂布在隔膜基膜之上；
（5）将涂覆后的隔膜烘干，获得锂离子电池用PTC效应隔膜。
9.根据权利要求8所述的制备工艺，其特征在于：步骤（3）所述粘合剂占步骤（3）涂膜浆料所有固体含量的1wt%-15wt%。
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