CN206313005U - 电池隔膜及电池 - Google Patents
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Abstract
一种电池隔膜，包括热塑性树脂层及正温度系数材料层。所述热塑性树脂层贴附设置于所述正温度系数材料层，所述热塑性树脂层为聚乙烯层或聚丙烯层，所述热塑性树脂层的厚度为3μm～35μm，所述正温度系数材料层的厚度为1μm～10μm。上述电池隔膜，通过在热塑性树脂层的外侧设置所述正温度系数材料层，将所述电池隔膜应用于电池时，能够提高锂离子电池的安全性，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层复合使用时，可以在电池发热达到90℃～100℃时，使得所述电池隔膜的内阻急剧升高到常温的104～105倍，在较高的内阻下，电池内部的电流被切断，能够防止电池进一步产热，从而提高了电池的安全性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池隔膜及电池。
背景技术
锂离子电池广泛应用于手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备、移动电源、智能家居、导航仪、蓝牙音箱、智能卡、无人机、电子烟、VR、平衡车、独轮车、机器人、电动工具、电动自行车、电动汽车、储能电站等领域。随着科学技术的发展，人们对锂离子电池的要求也越来越高，如需要具备较高的能量密度、较长时间的循环寿命、可快速充电、续航时间较长等。客户对锂离子电池的性能要求越来越高，提高电池性能的成为一种迫切而普遍的要求。
通常的锂电池包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳包装材料。而在锂电池的结构中，隔膜作为关键的内层组件之一，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
目前常用的聚合物锂离子电池，在能量密度越来越高、电池容量越来越大的时候，安全性能成为更为突出的问题。
现有的锂电池使用的隔膜，请参阅图1，隔膜20通常仅为一层热塑性树脂层21，所述热塑性树脂层为聚乙烯层或聚丙烯层。现有的锂电池使用的隔膜，所述聚乙烯层或所述聚丙烯层无法在电池持续发热至较高温度时，阻断电流，隔膜无法抑制电池持续发热，使得锂离子电池可能面临***或者电池损坏的问题，安全性较低。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种安全性较好以及能够抑制电池持续发热的电池隔膜及电池。
一种电池隔膜，包括热塑性树脂层及正温度系数材料层，所述热塑性树脂层贴附设置于所述正温度系数材料层，所述热塑性树脂层为聚乙烯层或聚丙烯层，所述热塑性树脂层的厚度为3μm～35μm，所述正温度系数材料层的厚度为1μm～10μm。
在其中一个实施例中，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层的厚度的比值为1：(2.2～4.2)。
在其中一个实施例中，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层的厚度的比值为1：(2.8～3.2)。
在其中一个实施例中，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层的厚度的比值为1：3。
在其中一个实施例中，还包括聚偏氟二乙烯涂层，所述聚偏氟二乙烯涂层设置于所述正温度系数材料层远离所述热塑性树脂层的侧面上。
在其中一个实施例中，所述热塑性树脂层的厚度为12μm。
在其中一个实施例中，所述正温度系数材料层的厚度为4μm。
在其中一个实施例中，所述隔膜的孔隙率为40％-45％。
一种电池，其包括正极、负极、电解质和隔膜，所述隔膜为如上任一实施例中所述的电池隔膜。
在其中一个实施例中，所述电池为软包锂离子电池。
上述电池隔膜，通过在热塑性树脂层的外侧设置所述正温度系数材料层，将所述电池隔膜应用于电池时，能够提高锂离子电池的安全性，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层复合使用时，可以在电池发热达到90℃～100℃时，使得所述电池隔膜的内阻急剧升高到常温的104～105倍，在较高的内阻下，电池内部的电流被切断，能够防止电池进一步产热，从而提高了电池的安全性能。通过将所述热塑性树脂层的厚度为3μm～35μm，所述正温度系数材料层的厚度为1μm～10μm，能够防止电池进一步产热，从而提高了电池的安全性能。
附图说明
图1为传统电池隔膜的结构示意图；
图2为本实用新型一实施方式的电池隔膜的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
例如，一种电池隔膜，包括热塑性树脂层及正温度系数材料层，所述热塑性树脂层贴附设置于所述正温度系数材料层，所述热塑性树脂层为聚乙烯层或聚丙烯层，所述热塑性树脂层的厚度为3μm～35μm，所述正温度系数材料层的厚度为1μm～10μm。
为了进一步说明上述电池隔膜，又一个例子是，请参阅图2，电池隔膜10包括热塑性树脂层200及正温度系数材料层100，所述热塑性树脂层贴附设置于所述正温度系数材料层，所述热塑性树脂层为聚乙烯层或聚丙烯层，所述热塑性树脂层的厚度为3μm～35μm，所述正温度系数材料层的厚度为1μm～10μm。通过在热塑性树脂层的外侧设置所述正温度系数材料层，能够提高将所述电池隔膜应用于电池时的安全性，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层复合使用时，可以在电池发热达到90℃～100℃时，使得所述电池隔膜的内阻急剧升高到常温的104～105倍，在较高的内阻下，电池内部的电流被切断，能够防止电池进一步产热，从而提高了电池的安全性能。
需要说明的是，正温度系数(PTC)是指材料的电阻值会随温度上升而上升的材料。
能够理解，电池隔膜的厚度对电池的内阻影响较大，正常使用时，较大的内阻，会影响到锂离子电池的充放电过程，使得充放电时间较长，而内阻较小，容易使得锂离子电池内部发热过快，安全隐患较高，使得安全性较差。一实施例中，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层的厚度的比值为1：(2.2～4.2)，这样，能够保证所述电池隔膜的正常使用，使其在5摄氏度～60摄氏度的温度下，锂离子电池能够正常的充放电。而当温度达到90摄氏度～100摄氏度时，能够使得所述电池隔膜的内阻急剧升高到常温的104～105倍，在较高的内阻下，电池内部的电流被切断，能够防止电池进一步产热，从而提高了电池的安全性能。又如，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层的厚度的比值为1：(2.8～3.2)，这样，能够进一步提高电池的安全性能，使其在5摄氏度～60摄氏度的温度下，锂离子电池能够正常的充放电等。
一实施例中，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层的厚度的比值为1：3，这样，能够进一步提高电池的安全性能，使其在5摄氏度～60摄氏度的温度下，锂离子电池能够正常的充放电等。
本实施例中，所述热塑性树脂层的厚度为3μm～35μm，又如，所述正温度系数材料层的厚度为1μm～10μm，这样，能够进一步在电池发热达到90℃～100℃时，使得所述电池隔膜的内阻急剧升高到常温的104～105倍，在较高的内阻下，电池内部的电流被切断，能够防止电池进一步产热，从而提高了电池的安全性能。又如，所述正温度系数材料层的厚度为4μm，所述热塑性树脂层的厚度为12μm，这样，能够进一步保证所述电池隔膜的正常使用，使其在5摄氏度～60摄氏度的温度下，锂离子电池能够正常的充放电。而当温度达到90摄氏度～100摄氏度时，能够使得所述电池隔膜的内阻急剧升高到常温的104～105倍，在较高的内阻下，电池内部的电流被切断，能够防止电池进一步产热，从而提高了电池的安全性能。
一实施例中，所述电池隔膜的孔隙率为40％-45％，这样，能够使所述锂离子电池隔膜应用于锂离子电池时，透气性较好，还能提高锂离子电池的容量。又如，所述电池隔膜的孔径为0.01微米～0.1微米，这样，锂离子的穿刺能力适宜，且能够减少在锂离子电池内部生成枝晶而出现短路的问题，进一步提高了离子电池的安全性。又如，所述电池隔膜的孔径为0.05微米，能够进一步减少在锂离子电池内部生成枝晶而出现短路的问题，进一步提高了离子电池的安全性。
为了进一步提高电池隔膜的强度和抗穿刺能力，一实施例中，所述电池隔膜还包括聚偏氟二乙烯涂层，所述聚偏氟二乙烯涂层设置于所述正温度系数材料层远离所述热塑性树脂层的侧面上，这样，通过设置所述聚偏氟二乙烯涂层，能够进一步提高电池隔膜的机械强度和抗张强度，还能提高所述电池隔膜的耐热性和化学稳定性，能够使得电池隔膜的拉伸强度好，保持电池隔膜的孔隙率，能够使电池隔膜的孔隙率变化较小，在受到异物穿刺或者重物冲击或者挤压时，隔膜不易损坏，依然能够保持较好的孔隙率，从而降低了正极材料与负极材料直接接触的风险，从而提高锂离子电池的安全性。尤其是，在所述隔膜在90摄氏度～100摄氏度的温度时能够切断电流，还能够提高电池隔膜的阻燃能力，使得锂离子电池的安全性较好。又如，所述聚偏氟二乙烯涂层与所述正温度系数材料层的厚度比为(0.5～1.2)：1。
上述电池隔膜，通过在热塑性树脂层的外侧设置所述正温度系数材料层，能够提高将所述电池隔膜应用于电池时的安全性，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层复合使用时，可以在电池发热达到90℃～100℃时，使得所述电池隔膜的内阻急剧升高到常温的104～105倍，在较高的内阻下，电池内部的电流被切断，能够防止电池进一步产热，从而提高了电池的安全性能。
本发明还提供一种包括正极、负极、电解质和隔膜的电池，所述隔膜为上任一项所述的电池隔膜。又如，所述电池为锂离子电池，又如所述电池为软包锂离子电池。
需要说明的是，所述正极、所述负极、所述电解质及所述隔膜如何于电池中存在，以及相应的结构关系、成分等请参考现有技术，本发明在此不再赘述。
上述电池通过采用上述电池隔膜，所述电池隔膜通过在热塑性树脂层的外侧设置所述正温度系数材料层，能够提高将所述电池隔膜应用于电池时的安全性，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层复合使用时，可以在电池发热达到90℃～100℃时，使得所述电池隔膜的内阻急剧升高到常温的104～105倍，在较高的内阻下，电池内部的电流被切断，能够防止电池进一步产热，从而提高了电池的安全性能。
为了进一步说明本实用新型的电池隔膜及电池，下面结合具体实施例来介绍。
实施例1
将12μm热塑性树脂层(平均分子量40万)的一侧复合/贴合4μm的正温度系数材料层，形成电池隔膜。
对比例1
选取厚度为12μm的传统隔膜，传统隔膜为单层设置12μm的塑性树脂层(平均分子量40万)。
用实施例1的电池隔膜以及对比例1的电池隔膜分别应用于同样的锂离子电池正极材料、负极材料、电解质及包装材料，然后分别得到改善后的电池和改善前的电池，分别针对改善后的电池和改善前的电池进行容量、电压、放电测试、高温存储测试、循环测试、短路、过充、热箱、针刺、能量密度以及循环能力等测试。测试结果见表1。
表1
从表1可以看出，相对于对比例1，本实用新型所提供的电池隔膜能够在不改变电池隔膜厚度的基础上提高电池的循环性能、通过短电测试以及可以有效提高包括金属等异物穿刺电池、电池收到重物冲击、内部短路等破坏性测试时电池的安全性能。
目前常用的聚合物锂离子电池，在能量密度越来越高、电池容量越来越大的时候，安全性能成为更为突出的问题。本实用新型通过采用PTC(正温度系数材料)作为涂层，与聚乙烯或聚丙烯复合，制成高安全性聚合物锂离子电池隔膜，可以在电池发热达到90℃～100℃时内阻急剧升高到常温的104～105倍，切断电流，防止进一步产热，提高电池的安全性能。
本实用新型通过电池隔膜的设计以及不改变电池的电化学体系改进达到提高电池性能的目的，具有收效快、投入小、效果明显、转化难度小、风险小等特点。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电池隔膜，其特征在于，包括热塑性树脂层及正温度系数材料层，所述热塑性树脂层贴附设置于所述正温度系数材料层，所述热塑性树脂层为聚乙烯层或聚丙烯层，所述热塑性树脂层的厚度为3μm～35μm，所述正温度系数材料层的厚度为1μm～10μm。
2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层的厚度的比值为1：(2.2～4.2)。
3.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层的厚度的比值为1：(2.8～3.2)。
4.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述正温度系数材料层与所述热塑性树脂层的厚度的比值为1：3。
5.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，还包括聚偏氟二乙烯涂层，所述聚偏氟二乙烯涂层设置于所述正温度系数材料层远离所述热塑性树脂层的侧面上。
6.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述热塑性树脂层的厚度为12μm。
7.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述正温度系数材料层的厚度为4μm。
8.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述隔膜的孔隙率为40％-45％。
9.一种电池，其包括正极、负极、电解质和隔膜，其特征在于，所述隔膜为如权利要求1～8中任一项所述的电池隔膜。
10.如权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电池为软包锂离子电池。
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