CN207489981U - 锂离子电池隔膜及具有其的锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种锂离子电池隔膜，包括层叠设置的多孔基材层和吸氧层，吸氧层包括氧气吸收材料。本实用新型还涉及一种锂离子电池，包括正极、负极、设置在正极与负极之间的锂离子电池隔膜以及电解液，锂离子电池隔膜包括如上的锂离子电池隔膜，吸氧层靠近正极。

Description

锂离子电池隔膜及具有其的锂离子电池
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及锂离子电池隔膜及具有其的锂离子电池。
背景技术
隔膜是锂离子电池的重要组成部分之一。目前商用比较广泛的隔膜是单层聚乙烯隔膜(PE)、聚丙烯隔膜(PP)、PP/PE/PP三层复合隔离膜和具有陶瓷涂覆的PP/PE隔膜。隔膜的主要作用是有效的隔离正负极极片、阻止正负极之间的电子传导，同时保证锂离子能够有效、快速的通过。合适的孔隙率是隔膜实现上述功能的关键，孔隙率太小不利于电解液中锂离子的穿梭，导致电池内阻过大和循环寿命降低；而孔隙率太大又不能有效阻断电子传输，引起自放电或内短路。除此之外，隔膜是保障锂离子电池安全的重要组成部分，人们普遍认为高温下隔膜崩溃(PE，PP隔膜的崩溃温度分别是150℃和170℃左右)造成内短路是锂电池热失控的主要原因。
电池的安全性对充分发挥其高比能具有重要的作用。但是，隔膜要有效保障锂电池的安全、防止锂电池热失控，仅仅靠防止内短路是不够的，特别是对于高比能锂离子电池。从2016年下旬发布的《节能与新能源汽车技术路线图》来看，到2020年我国动力电池单体的发展目标是电池比能量达到300Wh/kg，寿命达到4000次或10年。可预见，高比能量的锂离子电池的研发必将获得强大的推进力。
因此，亟需提高锂离子动力电池的安全性。
实用新型内容
基于此，有必要针对现有的锂离子电池的安全性能不够好的问题，提供一种锂离子电池隔膜及具有其的锂离子电池。
一种锂离子电池隔膜，包括层叠设置的多孔基材层、多孔陶瓷层以及吸氧层，所述多孔陶瓷层设置在所述多孔基材层的表面，所述吸氧层设置在所述多孔基材层或所述多孔陶瓷层的表面。
在其中一个实施例中，所述多孔陶瓷层为一层，设置在所述多孔基材层的一个表面，所述吸氧层设置在所述多孔基材层的另一个表面。
在其中一个实施例中，所述多孔陶瓷层为两层，分别设置在所述多孔基材层的两个表面，所述吸氧层为一层，设置在任意一层所述多孔陶瓷层的表面。
在其中一个实施例中，所述多孔陶瓷层为两层，分别设置在所述多孔基材层的两个表面，所述吸氧层为两层，分别设置在两层所述多孔陶瓷层的表面。
在其中一个实施例中，所述吸氧层的厚度为0.2-2μm。
在其中一个实施例中，所述吸氧层的孔隙率为20～60％，孔径为10～1000nm。
在其中一个实施例中，所述多孔陶瓷层的厚度为5-20μm。
在其中一个实施例中，所述多孔陶瓷层的孔隙率为40～60％，孔径为10～2000nm。
在其中一个实施例中，所述多孔基材层的厚度为2-20μm，孔隙率为20-80％，孔径为10-1500nm，孔密度为1×104-1×108cm2。
一种锂离子电池，包括正极、负极、设置在所述正极与所述负极之间的锂离子电池隔膜以及电解液，所述锂离子电池隔膜包括如上所述的锂离子电池隔膜，所述吸氧层靠近所述正极。
本实用新型通过在多孔基材层表面层叠吸氧层，构成多层结构的隔膜。使隔膜具有吸收氧气的能力，能够有效降低电池内氧气的含量，极大地降低氧气穿透隔膜在有限空间内与强还原性的负极发生反应的机率，从而有效避免因氧气发生反应放热所引起的电池热失控，极大地提高了电池的安全性。
附图说明
图1为本实用新型第一实施例的锂离子电池隔膜的结构示意图；
图2为本实用新型第二实施例的锂离子电池隔膜的结构示意图；
图3为本实用新型第三实施例的锂离子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、技术方案及技术效果更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型的具体实施例进行描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图1，本实用新型实施例提供一种锂离子电池隔膜，包括层叠设置的多孔基材层100、多孔陶瓷层300以及吸氧层200，多孔陶瓷层300设置在多孔基材层100的表面，吸氧层200设置在多孔基材层100或多孔陶瓷层300的表面。
本实用新型实施例通过设置吸氧层200，并将吸氧层200设置在多孔基材层100或多孔陶瓷层300的表面，构成多层结构的隔膜。使隔膜具有吸收氧气的能力，能够有效降低电池内氧气的含量，极大地降低氧气穿透隔膜在有限空间内与强还原性的负极发生反应的机率，从而有效避免因氧气发生反应放热所引起的电池热失控，极大地提高了电池的安全性。
多孔陶瓷层300可以设置为一层，设置在多孔基材层100的一个表面，吸氧层200设置为一层，设置在多孔基材层100的另一个表面。
优选地，多孔陶瓷层300设置为两层，分别设置在多孔基材层100的两个表面。请参阅图2，在一实施例中，吸氧层200可以设置为一层，设置在其中一层多孔陶瓷层300的表面。请参阅图3，在另一实施例中，吸氧层200可以设置为两层，分别设置在两层多孔陶瓷层300的表面。
多孔基材层100的厚度优选为2-20μm，孔隙率优选为20-80％，孔径优选为10-1500nm，孔密度优选为1×104-1×108cm2。
多孔基材层100可以选自锂离子电池常用的隔膜基材，如聚烯烃多孔膜、无纺布多孔膜或电纺丝膜。该聚烯烃多孔膜可以列举如聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜或聚丙烯多孔膜与聚乙烯多孔膜层叠形成的膜结构。该聚烯烃多孔膜可以采用市售的锂离子电池隔膜，如日本旭化成Asahi、东燃化学Tonen、宇部Ube、美国Celgard等公司生产的隔膜产品。该无纺布隔膜可以列举如聚酰亚胺纳米纤维无纺布、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纳米纤维无纺布、纤维素纳米纤维无纺布、芳纶纳米纤维无纺布、玻璃纤维无纺布、尼龙纳米纤维无纺布或聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维无纺布。该电纺丝膜可以列举如聚酰亚胺电纺丝膜、聚对苯二甲酸乙二酯电纺丝膜或聚偏氟乙烯电纺丝膜。多孔基材层100用于隔绝电子并使锂离子从多孔膜的微孔中通过。
吸氧层200的厚度优选为0.2-2μm，以使吸氧层200具有更佳地吸收氧气的能力。
进一步地，吸氧层200的孔隙率为20～60％，孔径为10～1000nm。
吸氧层200可以选自常用的具有氧气吸收能力的材料，例如抗氧剂或气体吸附剂。抗氧剂可以列举如酚类抗氧剂、磷类抗氧剂、硫类抗氧剂以及胺类抗氧化剂等。酚类抗氧化剂可以列举例如氢醌、叔丁基氢醌、对甲氧基苯酚、甲酚、叔丁基邻苯二酚。磷类抗氧化剂可以列举例如亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯基异癸基酯、亚磷酸苯基二异癸基酯、三(壬基苯基)亚磷酸酯、二异癸基季戊四醇亚磷酸酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。硫类抗氧化剂可以列举如二月桂基3，3-硫代二丙酸酯、二肉豆蔻基3，3’-硫代二丙酸酯、二硬脂酰基3，3’-硫代二丙酸酯、苯硫醚(二苯硫)、二苯二硫以及二丁基硫。胺类抗氧化剂可以列举如对苯二胺、4-氨基苯基胺、N,N’-二甲基-1,4苯二胺、N,N’-二苯基-对苯二胺、N-异丙基-N’-苯基-对苯二胺、N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基-对苯二胺、N,N’-二-2-萘基-对苯二胺、二苯胺、N-苯基-β-萘胺以及4,4’-二辛基二苯胺。气体吸附剂可以具有较大的比较面积，可列举如活性炭、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纳米管。
优选地，多孔陶瓷层300的厚度为5-20μm。多孔陶瓷层的孔隙率为40～60％，孔径为10～2000nm。多孔陶瓷层300的设置，可以提高多孔基材层100的耐高温性，起到稳定多孔基材层100的作用，即使是多孔基材层100收缩崩溃后，多孔陶瓷层300也能有效保持隔膜形状，防止大规模内短路发生，进一步提高电池的安全性。
多孔陶瓷层300的材料包括无机陶瓷颗粒，无机陶瓷颗粒列举如Al2O3，SiO2,TiO2和ZrO2中的至少一种。
本实用新型实施例还提供一种锂离子电池，包括正极、负极、设置在正极与负极之间的锂离子电池隔膜以及电解液，锂离子电池隔膜为如上的锂离子电池隔膜，吸氧层200靠近正极。
该电解液包括溶剂及溶于溶剂的锂盐溶质，该溶剂可选自环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状醚类、链状醚类、腈类及酰胺类中的一种或多种，如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、二***、乙腈、丙腈、苯甲醚、丁酸酯、戊二腈、已二腈、γ-丁内酯、γ-戊内酯、四氢呋喃、1,2-二甲氧基乙烷及乙腈及二甲基甲酰胺中的一种或多种。该锂盐溶质可选自氯化锂(LiCl)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、高氯酸锂(LiClO4)及双草酸硼酸锂(LiBOB)中的一种或多种。
该正极可包括正极集流体及正极材料层，该正极集流体用于担载该正极材料层并传导电流，形状可以为箔片或网状。该正极集流体的材料可以选自铝、钛或不锈钢。该正极材料层设置在该正极集流体至少一表面。该正极材料层包括正极活性材料，进一步可选择的包括导电剂以及粘结剂。导电剂以及粘结剂可以与正极活性材料均匀混合。该正极的材料可以为钴酸锂、镍钴锰或镍钴铝三元正极材料。
该负极可包括负极集流体及负极材料层，该负极集流体用于担载该负极材料层并传导电流，形状可以为箔片或网状。该负极集流体的材料可以选自铜、镍或不锈钢。该负极材料层设置在该负极集流体至少一表面。该负极材料层包括负极活性材料，进一步可选择的包括导电剂以及粘结剂。导电剂以及粘结剂可以与负极活性材料均匀混合。该负极活性材料可以为石墨、乙炔黑、微珠碳、碳纤维、碳纳米管或裂解碳等。
本实用新型实施例的锂离子电池隔膜及锂离子电池，多孔陶瓷层300设置在多孔基材层100的表面，吸氧层200设置在多孔基材层100的表面或多孔陶瓷层300的表面，不但可以有效的防止因多孔基材层100崩溃导致的电池热失控，也能够吸收正极分解产生的氧气，防止正极产氧所引起的热失控，具有双重保护功能，可以全方位地防止电池热失控的发生，极大地提高锂离子电池的使用安全性，有利于锂离子电池充分发挥高比能的优势。
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本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)

1.一种锂离子电池隔膜，其特征在于，包括层叠设置的多孔基材层、多孔陶瓷层以及吸氧层，所述多孔陶瓷层设置在所述多孔基材层的表面，所述吸氧层设置在所述多孔基材层或所述多孔陶瓷层的表面。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述多孔陶瓷层为一层，设置在所述多孔基材层的一个表面，所述吸氧层设置在所述多孔基材层的另一个表面。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述多孔陶瓷层为两层，分别设置在所述多孔基材层的两个表面，所述吸氧层为一层，设置在任意一层所述多孔陶瓷层的表面。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述多孔陶瓷层为两层，分别设置在所述多孔基材层的两个表面，所述吸氧层为两层，分别设置在两层所述多孔陶瓷层的表面。
5.根据权利要求1至4任一项所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述吸氧层的厚度为0.2-2μm。
6.根据权利要求1至4任一项所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述吸氧层的孔隙率为20～60％，孔径为10～1000nm。
7.根据权利要求1至4任一项所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述多孔陶瓷层的厚度为5-20μm。
8.根据权利要求1至4任一项所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述多孔陶瓷层的孔隙率为40～60％，孔径为10～2000nm。
9.根据权利要求1至4任一项所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述多孔基材层的厚度为2-20μm，孔隙率为20-80％，孔径为10-1500nm，孔密度为1×104-1×108cm2。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极、设置在所述正极与所述负极之间的锂离子电池隔膜以及电解液，所述锂离子电池隔膜包括如权利要求1至9任一项所述的锂离子电池隔膜，所述吸氧层靠近所述正极。
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