[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN108123089A - 隔离膜及电化学装置 - Google Patents

隔离膜及电化学装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108123089A
CN108123089A CN201711319921.4A CN201711319921A CN108123089A CN 108123089 A CN108123089 A CN 108123089A CN 201711319921 A CN201711319921 A CN 201711319921A CN 108123089 A CN108123089 A CN 108123089A
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous
isolation film
basement membrane
membrane body
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711319921.4A
Other languages
English (en)
Inventor
程跃
鲍晋珍
陈永乐
何方波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Energy New Materials Technology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Energy New Materials Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Energy New Materials Technology Co Ltd filed Critical Shanghai Energy New Materials Technology Co Ltd
Priority to CN201711319921.4A priority Critical patent/CN108123089A/zh
Publication of CN108123089A publication Critical patent/CN108123089A/zh
Priority to PCT/CN2018/120282 priority patent/WO2019114692A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H01M50/4295—Natural cotton, cellulose or wood
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/443—Particulate material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

本发明提供一种隔离膜及电化学装置，隔离膜包括多孔基膜体和多孔功能体，其中，多孔基膜体包括无纺布，多孔功能体位于多孔基膜体的一面或两面，多孔功能体包含多孔网状耐热层，且多孔网状耐热层的材料包含耐热聚合物，其中耐热聚合物可耐450℃高温，以保证耐热聚合物在450℃以下不断裂。本发明提供的隔离膜具有良好的倍率性能、耐高温性能、安全性能、高能量密度及长期循环寿命。

Description

隔离膜及电化学装置
技术领域
本发明涉及电化学领域，特别是涉及一种隔离膜及电化学装置。
背景技术
锂离子电池的能量密度、倍率性能、安全性和长期循环寿命一直是用户较为关注的四大主要问题，其中隔离膜作为锂离子电池的主材之一，在锂离子电池的安全性和倍率性能中长期扮演着重要的角色，特别是如何进一步提升隔离膜的耐高温性能和透气性双重指标一直是研究者们长期探索的课题。
目前最常用的提升隔离膜耐高温性能的方法是在多孔基膜上涂覆耐高温无机材料，最常见的是氧化铝或勃姆石材料，可以在120℃1h的条件下将隔离膜的热收缩提升1％～3％，然而在更高温度下，例如高于150℃时，尽管涂覆了无机耐高温材料的隔离膜仍然会严重收缩。另一方面，由于耐高温无机材料相对较重，会严重增加隔离膜的面密度，从而降低电池的能量密度。另外，涂覆了无机耐高温材料的隔离膜与正负极界面不产生粘接，电池长期循环过程中会产生界面变形和析锂。
隔离膜的透气性主要是多孔基材的贡献，目前较为常见的多孔基材有聚乙烯湿法基材和聚丙烯干法基材，但很难满足当前很多客户对大倍率型电池的透气要求，而且鉴于当前材料和工艺的局限性，很难进一步大幅度提升其孔隙率。各种材料的无纺布隔离膜可以很好解决这个问题，具有很低的透气性，但无纺布基材的大孔径给电池安全造成严重威胁。
针对以上问题，有必要研究一种更耐高温，质量轻，高安全，具有一定界面粘接作用的隔离膜。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种隔离膜及电化学装置，用于解决现有技术中隔离膜的倍率性能、耐高温性能、安全性能、高能量密度和长期循环寿命较低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种隔离膜，所述隔离膜包括：多孔基膜体和多孔功能体；所述多孔功能体位于所述多孔基膜体的一面或两面；所述多孔功能体包含多孔网状耐热层，所述多孔网状耐热层的材料包含耐热聚合物，其中所述耐热聚合物可耐450℃高温，以保证所述耐热聚合物在450℃以下不断裂。
优选地，所述耐热聚合物包含对位芳纶及间位芳纶组成群组中的一种。
优选地，所述多孔基膜体包含多孔基膜或至少一面经过涂覆的多孔基膜，且所述多孔基膜体至少包括一层多孔基膜层，其中所述多孔基膜层包含无纺布基材。
进一步地，所述无纺布基材的材料包含由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、粘胶纤维、聚乙烯组成的群组中的至少一种，其中，所述聚乙烯包含高密度聚乙烯。
优选地，所述多孔功能体包含多层所述多孔网状耐热层，多层所述多孔网状耐热层均包含所述耐热聚合物。
优选地，所述多孔功能体包含多层所述多孔网状耐热层及至少一层多孔网状粘接层，其中，所述多孔网状粘接层均包含有机材料及无机材料所组成群组中的一种或两种组成的混合物。
进一步地，所述无机材料包含由氧化铝、勃姆石、氧化硅、氧化钛、氧化铈、碳酸钙、氧化钙、氧化锌、氧化镁、钛酸铈、钛酸钙、钛酸钡、硫酸钡、磷酸锂、磷酸钛锂、磷酸钛铝锂、氮化锂、钛酸镧锂组成的群组中的至少一种；所述有机材料包含由丙烯酸树脂、聚烯烃、芳纶、聚酰亚胺、聚酯、甲基丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯、六氟乙烯、聚四氟乙烯组成的群组中的至少一种。
优选地，所述多孔基膜体的厚度不大于50μm，所述多孔基膜体的透气值不大于100s/100ml。
进一步地，所述多孔基膜体的厚度为0.5μm～20μm，所述多孔基膜体的透气值为0s/100ml～50s/100ml。
优选地，所述多孔网状耐热层的厚度为1μm～5μm，所述多孔网状耐热层的面密度为0.5g/m2～4g/m2。
优选地，所述多孔功能体通过由浸涂方式、凹版涂布方式、喷涂方式、印刷方式组成的群组中的一种方式设置在所述多孔基膜体的一面或两面。
本发明还提供一种电化学装置，所述电化学装置包括上述结构的所述隔离膜，还包括正极、负极、电解液及包装壳，其中，所述隔离膜位于所述正极和所述负极之间，所述电解液位于所述包装壳内，浸润所述正极、负极及隔离膜。
优选地，所述电化学装置包括由一次电池、锂二次电池、超级电容器、燃料电池、钠硫电池、铅酸蓄电池及太阳能电池组成的群组中的一种。
进一步地，所述锂二次电池包括由锂离子二次电池、锂金属二次电池、锂空气二次电池及锂硫二次电池组成的群组中的一种，其中，所述锂离子二次电池包括聚合物锂离子二次电池。
如上所述，本发明的隔离膜及电化学装置，具有以下有益效果：
1)所述多孔功能体使用耐热的聚合物材料，由于其优良的耐热性能，可显著提高隔离膜的抗热收缩率；
2)多孔功能体可以部分填充多孔基膜体的大孔径，以提高隔离膜对电池正极和负极的阻隔作用，进而提高电池的安全性能；
3)耐热的聚合物具有质轻的特点，可以在同体积情况下显著提高电池的能量密度；
4)耐热的聚合物具有良好的粘接性，可增强与电池正极和负极的界面粘接性能，使隔离膜与电池正极和负极的接触面更加平整，从而延长电池的循环使用寿命；
5)多孔基膜体使用无纺布基材，其具有较低的透气值，为电池中的离子传导提供了足够的通道，使电池具有良好的倍率性能。
从而通过本发明提供的隔离膜具有良好的倍率性能、耐高温性能、安全性能、高能量密度及长期循环寿命。
附图说明
图1显示为本发明的隔离膜的结构示意图。
图2显示为本发明的隔离膜的多孔基膜体的结构示意图。
图3显示为本发明的隔离膜的的多孔功能体的一实施例结构示意图。
图4显示为本发明的隔离膜的的多孔功能体的另一实施例结构示意图。
元件标号说明
1 多孔基膜体
2 多孔功能体
11 多孔基膜层
21 多孔网状耐热层
22 多孔网状粘接层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1～图4所示，本发明提供一种隔离膜，包括：多孔基膜体1和多孔功能体2；所述多孔功能体2位于所述多孔基膜体1的一面或两面；所述多孔功能体2包含多孔网状耐热层21，所述多孔网状耐热层21的材料包含耐热聚合物，其中所述耐热聚合物可耐450℃高温，以保证所述耐热聚合物在450℃以下不断裂，从而可提高电池的抗热收缩性能。
这里需要说明的是，所谓耐热聚合物，英文全称是heat resistant polymer，是指在高温下能保持其刚性、拉伸强度等机械性能以及电性能等的聚合物。
作为示例，所述耐热聚合物包含对位芳纶及间位芳纶组成群组中的一种。
如图3所示，所述多孔功能体2可根据具体情况设置为包含一层或多层所述多孔网状耐热层21，且所述多孔网状耐热层21均包含所述耐热聚合物。
如图4所示，所述多孔功能体2除了可包含一层或多层所述多孔网状耐热层21，还可包含至少一层多孔网状粘接层22，其中，所述多孔网状粘接层均包含有机材料及无机材料所组成群组中的一种或两种组成的混合物。
所述无机材料选自氧化铝、勃姆石、氧化硅、氧化钛、氧化铈、碳酸钙、氧化钙、氧化锌、氧化镁、钛酸铈、钛酸钙、钛酸钡、硫酸钡、磷酸锂、磷酸钛锂、磷酸钛铝锂、氮化锂、钛酸镧锂组成的群组中的至少一种；所述有机材料选自丙烯酸树脂、聚烯烃、芳纶、聚酰亚胺、聚酯、甲基丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯、六氟乙烯、聚四氟乙烯组成的群组中的至少一种，使用以上材料形成的所述多孔网状粘接层22，其可进一步提高多孔功能体2与电池正极和/或负极界面的粘接性能。
作为示例，所述多孔网状耐热层21的厚度为1μm～5μm；所述多孔网状耐热层21的面密度为0.5g/m2～4g/m2，可通过浸涂、凹版涂布、喷涂及印刷等任一方式设置在所述多孔基膜体1的一面或两面。如上所述，所述多孔功能体2具有可耐热的性能，同时，所述多孔功能体2还可以部分填充多孔基膜体1的大孔径，以提高隔离膜对正负极的阻隔作用，进而提高电池的安全性；此外，所述多孔功能体2具有质轻的特点，可以在同体积情况下显著提高电池的能量密度；最后，所述多孔功能体2还具有粘接性能，可有效调整其与电池正负极的粘接界面的平整性和均一性，使隔离膜与正极和负极的接触面更加平整，从而延长电池的使用寿命。
所述多孔基膜体1的两面是否需要涂覆，可根据具体情况设定为两面均不涂覆或其中一面涂覆或两面都涂覆，经过涂覆的所述多孔基膜体1可提高与所述多孔功能体2之间的粘接稳固性或吸液性能。
如图2所示，所述多孔基膜体1可根据具体情况设置为包含一层多孔基膜层11或者包含多层多孔基膜层11，且所述多孔基膜层11包含无纺布基材。
作为示例，所述无纺布基材的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、粘胶纤维、聚乙烯组成的群组中的至少一种。优选所述聚乙烯包含高密度聚乙烯。由于无纺布基材的透气值非常低，可为电池中离子的传导提供足够的通道，使电池具有良好的倍率性能，同时也可有效改善电池的抗热收缩性。
作为示例，所述多孔基膜体1的厚度不大于50μm，优选0.5μm～20μm；所述多孔基膜体1的透气值不大于100s/100ml，优选0s/100ml～50s/100ml。
本发明还提供一种电化学装置，所述电化学装置包括上述内容公开的所述隔离膜。
作为示例，所述电化学装置还包括正极、负极、电解液及包装壳，其中，所述隔离膜位于所述正极和所述负极之间，所述电解液位于所述包装壳内，浸润所述正极、负极及隔离膜。
如本发明所用，所述电化学装置可选自一次电池、锂二次电池、超级电容器、燃料电池、钠硫电池、铅酸蓄电池及太阳能电池中的其中之一，其中，所述锂二次电池包括由锂离子二次电池、锂金属二次电池、锂空气二次电池及锂硫二次电池组成的群组中的一种，可优选所述锂离子二次电池为聚合物锂离子二次电池。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不限于本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
对比例1
本对比例的锂离子电池所用的隔离膜为单层聚乙烯基膜体，单层聚乙烯基膜体上设置单面氧化铝涂层，单层聚乙烯基膜体的厚度为16μm，单面氧化铝涂层的厚度为3μm，单层聚乙烯基膜体透气值为238s/100ml，将正极、隔离膜、负极依次卷绕形成裸电芯，并组装成锂离子电池。
对比例2
本对比例的锂离子电池所用的隔离膜为单层聚丙烯基膜体，单层聚丙烯基膜体上设置单面氧化铝涂层，单层聚丙烯基膜体的厚度为16μm，单面氧化铝涂层的厚度为3μm，单层聚丙烯基膜体透气值为252s/100ml，将正极、隔离膜、负极依次卷绕形成裸电芯，并组装成锂离子电池。
对比例3
本对比例的锂离子电池所用的隔离膜为单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体上设置单面氧化铝涂层，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体的厚度为16μm，单面氧化铝涂层的厚度为3μm，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体透气值为0s/100ml，将正极、隔离膜、负极依次卷绕形成裸电芯，并组装成锂离子电池。
对比例4
本对比例的锂离子电池所用的隔离膜为单层聚酰胺基膜体，单层聚酰胺基膜体上设置单面勃姆石涂层，单层聚酰胺基膜体的厚度为16μm，单面勃姆石涂层的厚度为3μm，单层聚酰胺基膜体透气值为10s/100ml，将正极、隔离膜、负极依次卷绕形成裸电芯，并组装成锂离子电池。
实施例1
本实施例的锂离子电池所用的隔离膜为单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体上设置单面对位芳纶涂层，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体的厚度为16μm，单面对位芳纶涂层的厚度为3μm，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体透气值为0s/100ml，单面对位芳纶涂层面密度为2.9g/m2，将正极、隔离膜、负极依次卷绕形成裸电芯，并组装成锂离子电池。
实施例2
本实施例的锂离子电池所用的隔离膜为单层聚酰胺基膜体，单层聚酰胺基膜体上设置单面对位芳纶涂层，单层聚酰胺基膜体的厚度为16μm，单面对位芳纶涂层的厚度为3μm，单层聚酰胺基膜体透气值为10s/100ml，单面对位芳纶涂层面密度为2.9g/m2，将正极、隔离膜、负极依次卷绕形成裸电芯，并组装成锂离子电池。
实施例3
本实施例的锂离子电池所用的隔离膜为单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体上设置单面间位芳纶涂层，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体的厚度为16μm，单面间位芳纶涂层的厚度为3μm，基膜透气值为0s/100ml，单面间位芳纶涂层面密度为2.6g/m2，将正极、隔离膜、负极依次卷绕形成裸电芯，并组装成锂离子电池。
实施例4
本实施例的锂离子电池所用的隔离膜为单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体上设置单面间位芳纶涂层，在间位芳纶涂层上还设置有聚偏氟乙烯(PVDF)层，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体的厚度为16μm，单面间位芳纶涂层的厚度为2μm，PVDF层的厚度为2μm，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体透气值为0s/100ml，单面间位芳纶涂层和PVDF层面密度为2.9g/m2，将正极、隔离膜、负极依次卷绕形成裸电芯，并组装成锂离子电池。
实施例5
本实施例的锂离子电池所用的隔离膜为单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体上双面设置间位芳纶涂层，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体的厚度为16μm，双面间位芳纶涂层的厚度为4μm，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体透气值为0s/100ml，双面间位芳纶涂层面密度为4.0g/m2，将正极、隔离膜、负极依次卷绕形成裸电芯，并组装成锂离子电池。
实施例6
本实施例的锂离子电池所用的隔离膜为单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体上双面设置间位芳纶和PVDF的混合涂层，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体的厚度为16μm，双面间位芳纶和PVDF的混合涂层的厚度为4μm，单层聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜体透气值为0s/100ml，双面间位芳纶和PVDF的混合涂层面密度为2.9g/m2，将正极、隔离膜、负极依次卷绕形成裸电芯，并组装成锂离子电池。
隔离膜和锂离子电池的性能测试
对实施例1-6和对比例1-4的隔离膜以及锂离子电池进行以下性能测试：
1)隔离膜的厚度测试：取表面光洁的样品，采用马尔文厚度测试仪测试5个点，然后取平均值；
2)隔离膜的透气度测试：采用王研式透气测试仪，Time设置为5s，value设定为500，进行测试，所测数值即为透气值；
3)隔离膜的面密度测试：取平整的隔离膜样品，裁取40毫米(mm)×60毫米(mm)样片5片分别称重后记录，面密度(g/m2)＝M/S×10，式中：M代表样品质量，单位为毫克(mg)；S代表样品面积，单位为平方厘米(cm2)；
4)隔离膜热收缩测试：用标准夹具采取100毫米(mm)×100毫米(mm)的隔离膜样品，定义MD方向为隔离膜卷的长度方向；定义TD方向为隔离膜卷的宽度方向，然后在80毫米(mm)×80毫米(mm)处做好标记，该段距离记为T0，分别标记5片隔离膜样品，再进行150℃1h的烘烤，烘烤后在光学显微镜下测量标记处的距离T1，MD方向热收缩率＝(T0-T1)/T0×100％；TD方向热收缩率使用相同的测试方法。
5)锂离子电池的室温循环性能测试：将锂离子电池在室温下1C倍率充电，1C倍率放电，依次进行500个循环，利用公式计算其容量保持率，容量保持率＝(500个循环后电池的容量/循环前电池的室温容量)×100％；
6)锂离子电池的倍率放电性能：将锂离子电池在满充(4.2V)后分别采用1C、2C、5C和10C的倍率进行放电测试，计算各倍率的放电容量与1C放电容量的比值；
7)锂离子电池针刺测试：直径为3毫米(mm)的钢钉以50mm/s的速度从正上方刺入电池内部，并停留10min，观察电池的起火、冒烟及爆炸情况。
对比例1-4和实施例1-6的隔离膜以及锂离子电池性能测试结果如下表1所示。
表1、对比例及实施例制得的隔离膜及电池性能测试结果
通过表1可以看出，对比例1-2分别为普通的聚乙烯基材(PE基材)和聚丙烯基材(PP基材)的多孔基膜体上涂覆氧化铝的隔离膜，其面密度分别为15.2g/m2和15.9g/m2，透气值分别279s/100ml和285s/100ml且150℃1h烘烤后热收缩非常严重，对比例3-4采用无纺布基材的多孔基膜体，分别进行了氧化铝和勃姆石的涂覆，由于无纺布基材本身的透气值非常小接近0，所以涂覆后隔离膜的透气值与对比例1-2相比有显著提高，而且抗热收缩性能也有改善，因此所制备的锂离子电池的5C放电倍率比对比例1有所提高，钉刺后起火也没有对比例1-2严重，但其面密度没有明显差异，所以在提高电池的能量密度上无贡献，而且电池的长期循环寿命也没有现有提高。
实施例1和实施例2分别为采用聚对苯二甲酸乙二醇酯基材和采用聚酰胺基材的无纺布基材进行单面对位芳纶涂布的隔离膜，与对比例1-4相比，其面密度明显下降，透气值也比常规隔离膜降低很多，由于对位芳纶良好的耐热性能，其热收缩率也明显下降，所制备的电池倍率性能、循环性能和针刺测试都有显著改善。实施例3为采用了单面间位芳纶的涂覆，隔离膜和电池的各项性能也均有显著提高。实施例4采用间位芳纶层外增加了2μm的PVDF层涂覆，由于PVDF进一步增强了电池的界面粘接，使其500次循环的容量保持率进一步提高了约3％。实施例5和实施例6分别为双面间位芳纶涂覆和双面间位芳纶和PVDF的混合涂布，在隔离膜面密度、透气值、热收缩、界面粘接上都有显著优势，而且相应的电池的能量密度、倍率性能、安全性和循环寿命也有显著提高。
综上所述，本发明提供一种隔离膜及电化学装置，隔离膜包括：多孔基膜体和多孔功能体；所述多孔功能体位于所述多孔基膜体的一面或两面；所述多孔功能体包含多孔网状耐热层，所述多孔网状耐热层的材料包含耐热聚合物，其中所述耐热聚合物可耐450℃高温，以保证所述耐热聚合物在450℃以下不断裂。本发明中所述多孔功能体使用耐热的聚合物材料，由于其优良的耐热性能，可显著提高隔离膜的抗热收缩率；同时，多孔功能体可以部分填充多孔基膜体的大孔径，以提高隔离膜对电池正极和负极的阻隔作用，进而提高电池的安全性能；另外耐热的聚合物具有质轻的特点，可以在同体积情况下显著提高电池的能量密度；最后耐高温的聚合物具有良好的粘接性，可增强与电池正极和负极的界面粘接性能，使隔离膜与电池正极和负极的接触面更加平整，从而延长电池的循环使用寿命。本发明的多孔基膜体体使用无纺布基材，其具有较低的透气值，为电池中的离子传导提供了足够的通道，使电池具有良好的倍率性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种隔离膜，其特征在于，所述隔离膜包括：多孔基膜体和多孔功能体；所述多孔功能体位于所述多孔基膜体的一面或两面；所述多孔功能体包含多孔网状耐热层，所述多孔网状耐热层的材料包含耐热聚合物，其中所述耐热聚合物可耐450℃高温，以保证所述耐热聚合物在450℃以下不断裂。
2.根据权利要求1所述的隔离膜，其特征在于：所述耐热聚合物包含对位芳纶及间位芳纶组成群组中的一种。
3.根据权利要求1所述的隔离膜，其特征在于：所述多孔基膜体包含多孔基膜或至少一面经过涂覆的多孔基膜，且所述多孔基膜体至少包括一层多孔基膜层，其中所述多孔基膜层包含无纺布基材。
4.根据权利要求3所述的隔离膜，其特征在于：所述无纺布基材的材料包含由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚酰胺、聚丙烯腈、粘胶纤维、聚乙烯组成的群组中的至少一种，其中，所述聚乙烯包含高密度聚乙烯。
5.根据权利要求1所述的隔离膜，其特征在于：所述多孔功能体包含多层所述多孔网状耐热层，多层所述多孔网状耐热层均包含所述耐热聚合物。
6.根据权利要求1所述的隔离膜，其特征在于：所述多孔功能体包含多层所述多孔网状耐热层及至少一层多孔网状粘接层，其中，所述多孔网状粘接层均包含有机材料及无机材料所组成群组中的一种或两种组成的混合物。
7.根据权利要求6所述的隔离膜，其特征在于：所述无机材料包含由氧化铝、勃姆石、氧化硅、氧化钛、氧化铈、碳酸钙、氧化钙、氧化锌、氧化镁、钛酸铈、钛酸钙、钛酸钡、硫酸钡、磷酸锂、磷酸钛锂、磷酸钛铝锂、氮化锂、钛酸镧锂组成的群组中的至少一种；所述有机材料包含由丙烯酸树脂、聚烯烃、芳纶、聚酰亚胺、聚酯、甲基丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯、六氟乙烯、聚四氟乙烯组成的群组中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的隔离膜，其特征在于：所述多孔基膜体的厚度不大于50μm，所述多孔基膜体的透气值不大于100s/100ml。
9.根据权利要求8所述的隔离膜，其特征在于：所述多孔基膜体的厚度为0.5μm～20μm，所述多孔基膜体的透气值为0s/100ml～50s/100ml。
10.根据权利要求1所述的隔离膜，其特征在于：所述多孔网状耐热层的厚度为1μm～5μm，所述多孔网状耐热层的面密度为0.5g/m2～4g/m2。
11.根据权利要求1所述的隔离膜，其特征在于：所述多孔功能体通过由浸涂方式、凹版涂布方式、喷涂方式、印刷方式组成的群组中的一种方式设置在所述多孔基膜体的一面或两面。
12.一种电化学装置，其特征在于：所述电化学装置包括根据权利要求1-11中任一项所述的隔离膜，所述电化学装置还包括正极、负极、电解液及包装壳，其中，所述隔离膜位于所述正极和所述负极之间，所述电解液位于所述包装壳内，浸润所述正极、负极及隔离膜。
13.根据权利要求12所述的电化学装置，其特征在于：所述电化学装置包括由一次电池、锂二次电池、超级电容器、燃料电池、钠硫电池、铅酸蓄电池及太阳能电池组成的群组中的一种。
14.根据权利要求13所述的电化学装置，其特征在于：所述锂二次电池包括由锂离子二次电池、锂金属二次电池、锂空气二次电池及锂硫二次电池组成的群组中的一种，其中，所述锂离子二次电池包括聚合物锂离子二次电池。
CN201711319921.4A 2017-12-12 2017-12-12 隔离膜及电化学装置 Pending CN108123089A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711319921.4A CN108123089A (zh) 2017-12-12 2017-12-12 隔离膜及电化学装置
PCT/CN2018/120282 WO2019114692A1 (en) 2017-12-12 2018-12-11 Separators, electrochemical devices comprising the separator, and methods for making the separator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711319921.4A CN108123089A (zh) 2017-12-12 2017-12-12 隔离膜及电化学装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108123089A true CN108123089A (zh) 2018-06-05

Family

ID=62228939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711319921.4A Pending CN108123089A (zh) 2017-12-12 2017-12-12 隔离膜及电化学装置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN108123089A (zh)
WO (1) WO2019114692A1 (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109004155A (zh) * 2018-07-26 2018-12-14 江西省通瑞新能源科技发展有限公司 一种芳纶锂电池复合隔膜的制备方法
CN109546057A (zh) * 2018-12-03 2019-03-29 河北金力新能源科技股份有限公司 一种玻璃纤维无纺布芳纶涂层隔膜的制备方法
WO2019114692A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 Shanghai Energy New Materials Technology Co., Ltd. Separators, electrochemical devices comprising the separator, and methods for making the separator
CN110429227A (zh) * 2019-07-03 2019-11-08 莱州联友金浩新型材料有限公司 一种纤维型锂离子电池隔膜的制备方法
CN110620205A (zh) * 2019-10-08 2019-12-27 山东精恒科技有限公司 一种对位芳纶/pp无纺布锂离子电池隔膜的制备方法
CN111900311A (zh) * 2020-03-30 2020-11-06 明基材料（芜湖）有限公司 一种隔离膜及其制造方法
CN112103508A (zh) * 2020-10-29 2020-12-18 天能集团（河南）能源科技有限公司 耐速充和高倍率放电铅酸蓄电池负极铅膏及其制备工艺
CN112290165A (zh) * 2020-11-05 2021-01-29 青岛蓝科途膜材料有限公司 一种锂离子电池隔膜、制备方法及锂离子电池
CN112635914A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 中材锂膜有限公司 一种具有耐热性和高机械强度的锂离子电池隔膜及其制备方法
EP3859821A4 (en) * 2018-09-25 2021-12-01 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. NON-AQUEOUS ELECTROLYTE SEPARATOR AND RECHARGEABLE BATTERY
CN114597584A (zh) * 2022-03-24 2022-06-07 河北金力新能源科技股份有限公司 充电保护功能的锂离子电池隔膜及其制备方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210077460A (ko) * 2019-12-17 2021-06-25 주식회사 엘지에너지솔루션 원통형 전지 및 원통형 전지 제조 방법
WO2024183659A1 (zh) * 2023-03-03 2024-09-12 微宏动力系统（湖州）有限公司 极片复合粘结剂、其制备方法及应用
CN116315456B (zh) * 2023-05-08 2023-08-01 合肥长阳新能源科技有限公司 一种五层共挤锂电池微孔隔膜及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103053046A (zh) * 2010-08-02 2013-04-17 赛尔格有限责任公司 超高熔温微孔高温电池的隔板及其相关方法
CN104051691A (zh) * 2014-06-06 2014-09-17 中国第一汽车股份有限公司 一种基于聚多巴胺的改性复合聚合物隔膜的制备方法
CN104137300A (zh) * 2012-03-09 2014-11-05 帝人株式会社 非水系二次电池用隔膜、其制造方法及非水系二次电池
CN104205415A (zh) * 2012-11-30 2014-12-10 株式会社Lg化学 包含具有不同表面特性无机粒子的双多孔涂层的二次电池隔膜、包含所述隔膜的二次电池以及所述隔膜的制造方法
CN105493313A (zh) * 2014-07-29 2016-04-13 住友化学株式会社 多孔膜
CN105552284A (zh) * 2015-12-22 2016-05-04 沧州明珠隔膜科技有限公司 一种复合涂层锂离子电池隔膜及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101393976B (zh) * 2007-09-19 2011-01-12 比亚迪股份有限公司 一种电池隔膜及其制备方法
CN103682217B (zh) * 2013-12-13 2017-04-12 中科院广州化学有限公司 一种动力锂离子电池用耐高温无纺布复合隔膜及其制备方法
CN108123089A (zh) * 2017-12-12 2018-06-05 上海恩捷新材料科技股份有限公司 隔离膜及电化学装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103053046A (zh) * 2010-08-02 2013-04-17 赛尔格有限责任公司 超高熔温微孔高温电池的隔板及其相关方法
CN104137300A (zh) * 2012-03-09 2014-11-05 帝人株式会社 非水系二次电池用隔膜、其制造方法及非水系二次电池
CN104205415A (zh) * 2012-11-30 2014-12-10 株式会社Lg化学 包含具有不同表面特性无机粒子的双多孔涂层的二次电池隔膜、包含所述隔膜的二次电池以及所述隔膜的制造方法
CN104051691A (zh) * 2014-06-06 2014-09-17 中国第一汽车股份有限公司 一种基于聚多巴胺的改性复合聚合物隔膜的制备方法
CN105493313A (zh) * 2014-07-29 2016-04-13 住友化学株式会社 多孔膜
CN105552284A (zh) * 2015-12-22 2016-05-04 沧州明珠隔膜科技有限公司 一种复合涂层锂离子电池隔膜及其制备方法

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019114692A1 (en) * 2017-12-12 2019-06-20 Shanghai Energy New Materials Technology Co., Ltd. Separators, electrochemical devices comprising the separator, and methods for making the separator
CN109004155A (zh) * 2018-07-26 2018-12-14 江西省通瑞新能源科技发展有限公司 一种芳纶锂电池复合隔膜的制备方法
EP3859821A4 (en) * 2018-09-25 2021-12-01 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. NON-AQUEOUS ELECTROLYTE SEPARATOR AND RECHARGEABLE BATTERY
CN109546057A (zh) * 2018-12-03 2019-03-29 河北金力新能源科技股份有限公司 一种玻璃纤维无纺布芳纶涂层隔膜的制备方法
CN110429227A (zh) * 2019-07-03 2019-11-08 莱州联友金浩新型材料有限公司 一种纤维型锂离子电池隔膜的制备方法
CN110620205A (zh) * 2019-10-08 2019-12-27 山东精恒科技有限公司 一种对位芳纶/pp无纺布锂离子电池隔膜的制备方法
CN111900311A (zh) * 2020-03-30 2020-11-06 明基材料（芜湖）有限公司 一种隔离膜及其制造方法
CN112103508A (zh) * 2020-10-29 2020-12-18 天能集团（河南）能源科技有限公司 耐速充和高倍率放电铅酸蓄电池负极铅膏及其制备工艺
CN112290165A (zh) * 2020-11-05 2021-01-29 青岛蓝科途膜材料有限公司 一种锂离子电池隔膜、制备方法及锂离子电池
CN112635914A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 中材锂膜有限公司 一种具有耐热性和高机械强度的锂离子电池隔膜及其制备方法
CN114597584A (zh) * 2022-03-24 2022-06-07 河北金力新能源科技股份有限公司 充电保护功能的锂离子电池隔膜及其制备方法
CN114597584B (zh) * 2022-03-24 2024-02-06 河北金力新能源科技股份有限公司 充电保护功能的锂离子电池隔膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019114692A1 (en) 2019-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108123089A (zh) 隔离膜及电化学装置
US20230318141A1 (en) Improved separator membranes for lithium-ion batteries and related methods
US9887406B2 (en) Separator for non-aqueous secondary battery, method for manufacturing the same, and non-aqueous secondary battery
CN105594014B (zh) 用于电化学装置的隔板
JP7504246B2 (ja) 改良されたバッテリーセパレータおよび関連する方法
WO2023115898A1 (zh) 一种电池隔离膜及其制备方法和二次电池
JP2021093379A (ja) 熱伝導率を高めたナノ多孔質複合セパレータ
JP6050797B2 (ja) セパレータ及びリチウムイオン二次電池
CN106654119A (zh) 一种混合涂层隔膜及其制备方法和应用
CN109314207A (zh) 隔板和包括该隔板的电化学装置
CN108598338A (zh) 一种隔离膜及包含该隔离膜的电化学装置
Zheng et al. Hybrid silica membranes with a polymer nanofiber skeleton and their application as lithium-ion battery separators
CN104140502B (zh) 一种锂离子电池隔膜用粘结剂、制备方法及使用该粘结剂的隔膜
CN109524606A (zh) 极片、电芯及电池
WO2018113311A1 (zh) 一种隔离膜及其制备的抗重物冲击的电化学装置
CN110085792A (zh) 一种新型锂电池隔离膜及含该隔离膜的锂离子电池
JPWO2013125007A1 (ja) 非水電解質二次電池用セパレータ、その製造方法および非水電解質二次電池
CN108155326A (zh) 一种溶胶涂层隔膜及其制备方法和用途
CN109524601A (zh) 一种动力锂离子电池隔膜及其制备方法
CN109449349A (zh) 一种聚丙烯微孔膜及其制备方法和应用
WO2019034143A1 (en) SEPARATORS AND ELECTROCHEMICAL DEVICES COMPRISING THE SEPARATOR
US20130327702A1 (en) Structure of an electrochemical separation membrane and manufacturing method for fabricating the same
CN111446404A (zh) 一种锂离子电池用隔膜及其制备方法、锂离子电池
Zhang et al. High-performance electrospun POSS-(PMMA 46) 8/PVDF hybrid gel polymer electrolytes with PP support for Li-ion batteries
JP2021527928A (ja) セパレータ、セパレータを含む電気化学デバイス、及びセパレータの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 201399 No. 155 South Reed Road, Shanghai, Pudong New Area

Applicant after: SHANGHAI ENJIE NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 201399 No. 155 South Reed Road, Shanghai, Pudong New Area

Applicant before: SHANGHAI ENERGY NEW MATERIALS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180605

RJ01 Rejection of invention patent application after publication