CN202333014U - 一种电池用组合隔膜及应用该隔膜的电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于各种电池用隔膜技术领域的一种电池用组合隔膜及应用该隔膜的电池。该组合隔膜为包括微孔膜和多孔膜的层层组合隔膜，所述多孔膜具有均一的孔径分布，孔径尺寸在2~3μm。所述的组合隔膜可用于锌锰电池、镍锌电池、镍镉电池、银锌电池、铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池以及燃料电池。采用本实用新型提供的组合隔膜的电池可以用于手机、笔记本电脑、音频制品、电动工具、备用电源、车用电源***等多个应用领域，具有十分广阔的应用前景。本实用新型提供的方法既方便又能综合不同隔膜的优势性能，有利于实现电池的集成化生产、降低电池生产成本。采用本实用新型提供的组合隔膜的电池具备较好的常温和高温循环性能。

Description

一种电池用组合隔膜及应用该隔膜的电池

技术领域

本实用新型属于各种电池用隔膜技术领域，尤其是锂离子二次电池用隔膜技术领域，特别涉及一种电池用组合隔膜及应用该隔膜的电池。 

背景技术

自1990年锂离子电池问世以来，电池的材料、生产技术发展迅速，电池用材料的研究支持着锂离子电池性能的提高和完善，电池的倍率性能、高低温性能、安全性能及循环性能等全方位的改善成就了锂离子电池在手机、笔记本电脑、音频制品、电动工具、备用电源、车用电源***等多个应用领域的迅速推广。随着应用领域的拓展，锂离子电池在未来十年仍将保持旺盛的市场需求，并推广到更多的应用领域。 

隔膜材料是锂离子电池的关键材料之一。目前商品化的隔膜采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜，该类微孔膜具有较高的孔隙率、较低的电阻率、较高的拉伸强度、较好的耐酸碱能力、良好的弹性以及对非质子溶剂的保持性能。

在传统技术中，普遍采用单一聚烯烃隔膜材料来制作电池。但是，该技术存在缺点，先前隔膜材料作为一个整体，当电池滥用时导致温度急剧上升，超过熔断温度隔膜会出现收缩现象，造成正负极片的短路，进而引起严重的安全事故。

在电池中，随着电池充放循环的不断进行，电解液不断的消耗，使得负极片周围出现局部的电解液贫乏区，造成锂盐析出，出现锂枝晶现象，进而刺破隔膜造成短路。因此，隔膜对电解液的富液能力影响电池后期的循环性能和安全性能。

目前，伴随着锂离子电池的需求，出现了一些新类型的微孔隔膜品种。比如通过静电纺丝技术、电子辐照技术、化学腐蚀技术等，该类隔膜在某些方面具有较强的优越性，如高富液量、热稳定性好、表面疏水性等。但是，此类隔膜制作的电池力学强度较差，在电池制作过程中容易出现微短路现象，从而造成产品合格率下降，进而造成原材料的浪费。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种综合利用微孔膜和多孔膜性能的层层组合技术，使其作为整体用于不同电池领域，包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池以及燃料电池等领域。 

本实用新型是一类电池领域内隔膜优势性能的层层组合技术。

本实用新型提供一种电池用组合隔膜，其为包括微孔膜和多孔膜的层层组合隔膜。

所述微孔膜具有安全的闭孔温度，电池温度过高时能够有效切断电流；所述多孔膜在电池内部过度温升时不会收缩，保持形态不变，有效隔断正极和负极，避免短路。

此技术中，多孔膜的孔径以及形态是至关重要的。其中最优势的组合为较大孔径多孔膜在此技术中应用，其中孔以贯穿孔为最佳。一方面，可以提供更多的电解液储备空间，另一方面，其对离子的迁移和传输不会造成太大的影响。 所述多孔膜具有均一的孔径分布。所述多孔膜孔径尺寸在1~5μm ，优选2~3μm。

所述多孔膜具有好的热稳定性、高的富液能力或强的力学性能中的至少一种性能的膜材料，其中，好的热稳定性是指150℃以上不出现熔融闭孔，高温收缩率低于5%，高的富液能力是指具有1~3倍聚烯烃类隔膜的富液能力，吸液量为隔膜自重的120~400%，强的力学性能是指横、纵方向拉伸强度均大于1500Kg/cm²。

所述微孔膜为单层微孔膜或者多层微孔膜。所述微孔膜可以为单层PP、单层PE或多层PP/PE/PP等已经产业化的隔膜材料。所述微孔膜具有<1μm，且比较均匀的孔径。

本实用新型层层组合隔膜，微孔膜的厚度在20~40μm，多孔膜的厚度在5~15μm。

可在所述微孔膜的一侧设置所述多孔膜，也可在所述微孔膜的两侧均设置所述多孔膜。组合隔膜可采用微孔膜/多孔膜的双层组合、微孔膜/多孔膜/微孔膜三层组合或者多孔膜/微孔膜/微孔膜三层组合等组合形式。

所述的多孔膜为单层膜或者多层复合膜。

组合隔膜的匹配性，可以分为双层膜体系和多层膜体系。

双层膜体系包括热稳定性膜/高富液膜、热稳定性膜/强力学性能膜以及热稳定性膜/强力学性能膜等组合双层膜体系。

多层膜体系包括高富液膜/热稳定性膜/高富液膜、高富液膜/热稳定性膜/强力学性能膜、热稳定性膜/ 高富液膜/强力学性能膜等组合多层膜体系。

上述所涉及多孔膜材质为有机质或无机质材料，它包括聚烯烃类、纤维素类、聚酯类中的至少一种。其中较好的是聚乙烯单层膜或多层膜、聚丙烯单层膜或多层膜、羟甲基纤维素膜、烷甲基纤维素膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚偏氟乙烯膜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物膜、聚四氟乙烯中的至少一种。另外，还包括在上述有机基体材料中添加二氧化硅、氧化铝等复合膜。

其中多孔膜材料也包括上述多孔膜经过物理、化学方法处理后具有多孔、高粘结性、强静电吸附、表面疏水等特殊性能的膜材料。

本实用新型还提供上述组合隔膜的制备方法，组合隔膜采用物理的方法进行组合可以采用热压、冷压、粘结、静电吸附中的至少一种方式来完成组合，组合方式的选择应综合隔膜的物理性质考虑，在不影响原隔膜形成的基础上进行。采用物理组合前可经过一定前处理工作（如表面静电处理、预加热等）。

按照本实用新型要求，该层层组合技术的目的是通过一定的方式来综合微孔膜和多孔膜的优势性能，在保持原微孔隔膜良好的热安全控制能力的基础上，通过和多孔膜的组合来提高其循环性能、倍率性能、其他安全性能。

本实用新型提供的电池用组合隔膜所适用的电池体系是锌锰电池、镍锌电池、镍镉电池、银锌电池、铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池以及燃料电池等。尤其适合用于锂离子电池。

本实用新型主要以锂离子二次电池为例，包括正极、负极、电解液和隔膜。正极和负极可通过刮涂、挤压、喷涂等方式涂覆，厚度根据电池的容量以及热流场分布设计来调整。

本实用新型所述的锂离子电池为锂离子二次可循环充放电池，其正极活性物质可以是钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂以及三元材料中的至少一种；负极活性物质可以为碳、氧化亚锡、钛酸锂中的至少一种；隔膜采用本实用新型提供的组合隔膜。

正极片的制备还可能涉及到分散剂、聚合物粘结剂、溶剂、缓蚀剂、导电剂以及其他无机填料等物质。

负极片的制备还可能涉及到分散剂、聚合物粘结剂、溶剂、缓蚀剂、导电剂以及其他无机填料等物质。

为实现以上所提及的目的，可以采用如下的方式：

将已在集流体上涂覆好的正极片和负极片裁剪成所需的尺寸，在一定的温度、压力和惰性气氛下烘干。经过一定的处理方式微孔膜和多孔膜材料通过静电吸附、热压、粘结等方式组合成所需的隔膜材料，在一定的温度、压力和惰性气氛下烘干。然后，将正极片、负极片和组合隔膜采用卷绕或层叠的方式制作成18650型电池或者铝塑膜包装电池。

采用本实用新型提供的组合隔膜材料，进而组装成所需类型的电池。本实用新型提供的制备组合隔膜的方法既方便又能综合不同隔膜优势性能，有利于实现电池的集成化生产、降低电池生产成本。采用本实用新型提供的组合隔膜组装的电池可以用于手机、笔记本电脑、音频制品、电动工具、备用电源、车用电源***等多个应用领域，具有十分广阔的应用前景。本实用新型提供了一种简单、有效、方便快捷的提高目前隔膜体系整体性能的方法。本实用新型提供了一种安全性能、循环性能、倍率性能比较好的电池体系。

采用本实用新型提供的组合隔膜的电池具备较好的常温和高温循环性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的双层组合隔膜示意图；其中1为常用的微孔膜层，2为多孔膜层，3为多孔层中的孔的形态。 

图 2 是实施例1的组合工艺与传统工艺锂离子电池常温循环性能曲线，循环圈数和容量保持率变化。

图3是实施例2的组合工艺与传统工艺锂离子电池常温循环性能曲线，循环圈数和容量保持率变化。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。 

实施例1

本实施例的组合隔膜，为双层膜体系，由一层微孔膜和一层多孔膜组成，所述微孔膜的一侧设置所述多孔膜。微孔膜为聚丙烯微孔膜，厚度20~30微米，孔径尺寸为0.2~0.5微米；多孔膜材质为聚酯类具有高吸液量的膜，其吸液量为隔膜自重的200%，多孔膜厚度10~15微米，其具有均一（均匀一致）的孔径分布，孔径尺寸为2~3微米。

其制备方法如下：

将以上两种膜材采用热压的方式进行组合，形成两侧不对称结构的组合结构。

 采用本实施例的隔膜，组装电池，电池的正极和负极制备方法如下：

(1) 电极的准备

按照配方比例将锰酸锂、导电剂、聚偏氟乙烯(质量比80：10：10)溶解于NMP中制成浆液，通过转移涂布的方式将其涂覆于铝箔上，再经干燥、压延得到所需的正极片材。

按照配方比例将石墨、粘合剂、增稠剂(质量比90：5：5)溶解于去离子水中制成浆液，通过转移涂布的方式将其涂覆于铜箔箔上，再经干燥、压延得到所需的负极片材。

 (2) 通过裁剪正负片材得到需要尺寸的正极和负极；把本实施例的双层组合隔膜放入正负极之间通过叠片的方式组装成电芯，装入到铝塑膜中制成软包电池，最后注入电解质溶液(质量比EC：EMC=1：1 浓度1M)，最终组装成电池。

应用本实施例中的组合隔膜的电池与应用传统的聚丙烯微孔隔膜（厚度20~30微米，孔径0.2~0.5微米）的电池的性能比较如表1所示。两者除所用隔膜不同外，其余均相同。

评价实施例：电池性能测试

表 1组合工艺与传统工艺锂离子电池常温循环性能比较

参见表1，证明了应用本实用新型组合工艺制备的组合隔膜的电池常温和高温循环性能优于应用传统工艺制备的隔膜的电池的性能。

图2表示电池常温循环性能曲线，循环圈数和容量保持率变化。

实施例2

本实施例的组合隔膜，微孔膜为聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜，厚度20~30微米，孔径尺寸为400纳米左右；多孔膜材质为聚偏氟乙烯类具有高吸液量的膜，其吸液量为隔膜自重的300%，多孔膜厚度10~15微米，孔径尺寸为1~5微米。

其制备电池方法同实施例1。

图3表示电池常温循环性能曲线，循环圈数和容量保持率变化。

本实例中所涉及的锂离子电池的组成，正负极组成和电池结构并不特定，实例来描述了本实用新型，但本实用新型并不仅限如此。

根据实施例制备的双层组合隔膜，具有微孔和多孔结构，均匀多孔结构有利于电解液的均匀分布和减少极化。根据本实用新型制备的锂离子电池，兼具高热稳定性、高富液率、高力学强度等优点。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池用组合隔膜，其特征在于：该组合隔膜为包括微孔膜和多孔膜的层层组合隔膜，所述多孔膜具有均一的孔径分布，孔径尺寸在1~5μm。

2.根据权利要求1所述的组合隔膜，其特征在于：所述多孔膜孔径尺寸在2~3μm。

3.根据权利要求1所述的组合隔膜，其特征在于：所述多孔膜为具有好的热稳定性、高的富液能力或强的力学性能中的至少一种性能的膜材料，其中，好的热稳定性是指150℃以上不出现熔融闭孔，高温收缩率低于5%，高的富液能力是指吸液量为隔膜自重的120~400%，强的力学性能是指横、纵方向拉伸强度均大于1500Kg/cm²。

4.根据权利要求1所述的组合隔膜，其特征在于：所述微孔膜的一侧设置所述多孔膜或者所述微孔膜的两侧均设置所述多孔膜。

5.根据权利要求1所述的组合隔膜，其特征在于：所述微孔膜为单层微孔膜或者多层微孔膜，所述的多孔膜为单层膜或者多层复合膜。

6.根据权利要求1所述的组合隔膜，其特征在于：所述微孔膜的孔径均匀，孔径尺寸小于1μm。

7.根据权利要求1所述的组合隔膜，其特征在于：所述微孔膜为单层PP、单层PE或多层PP/PE/PP隔膜材料。

8.根据权利要求1所述的组合隔膜，其特征在于：微孔膜的厚度在20~40μm，多孔膜的厚度在5~15μm。

9.根据权利要求1至8任意一个权利要求所述的组合隔膜，其特征在于：所述组合隔膜采用微孔膜/多孔膜的双层组合、微孔膜/多孔膜/微孔膜三层组合或者多孔膜/微孔膜/微孔膜三层组合的组合形式。

10.一种包括正极、负极、电解质和隔膜的电池，其特征在于：所述隔膜为权利要求1至9任意一个权利要求所述的组合隔膜，所述电池包括锌锰电池、镍锌电池、镍镉电池、银锌电池、铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池以及燃料电池。

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