CN108258174A - 一种锂离子电池用隔膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子电池用隔膜，在隔膜基体的单面和/或双面涂覆分子筛涂层，由于分子筛具有孔径可控的多孔结构、高的比表面积、更好的电解液浸润性和较好的吸液能力，因此相较于现有的陶瓷隔膜，本发明的隔膜稳定性好，制备得到的锂离子电池循环寿命长，具有更好的快充以及倍率放电性能。

Description

一种锂离子电池用隔膜

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其是涉及一种锂离子电池用隔膜。

背景技术

锂离子电池具有电压高、体积小。重量轻、比能量高、无记忆效应、污染小、寿命长、自放电小等优点，已广泛应用于便携式电子设备，如手机，笔记本、平板电脑等；虽然，锂离子电池已得到广泛应用，但是，随着宇航、交通、通讯和信息等产品迅猛发展，对锂离子电池的比循环寿命、安全性提出了更高的要求，如何提高锂离子的循环性能并改善锂离子电池的安全性能是目前研究的热点。

隔膜是锂离子电池内部组件重要组成部分，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。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜，但是这种隔膜的热稳定性比较差，在高温下很容易发生收缩，导致正负极短路，引起电池的燃烧或者爆炸。此外，聚烯烃材料的亲电解液能力差，保持电解能力不足，导致电池的循环性能、大电流充放电等性能差，为提高电芯的安全性能，目前多采用的是陶瓷隔膜，或者陶瓷与胶混合隔膜目前有多种方法来改善锂离子电池的安全性能。这样即使在高温情况下，聚烯烃基膜发生热收缩或者融化，陶瓷粉涂层仍然能防止正负极接触，从而提高锂离子电池的安全性能。但是，目前的陶瓷隔膜，比面积比较小，且多是无孔结构，在快充型以及倍率型锂离子电池上仍存在局限。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子电池用隔膜，能够提高锂离子电池的循环性和倍率性，在快充型以及倍率型锂离子电池上具有较好的应用前景。

本发明所采取的技术方案是：

本发明提供一种锂离子电池用隔膜，包括隔膜基体和涂覆在隔膜基体上的分子筛涂层。

优选地，所述隔膜基体为聚烯烃多孔膜。

进一步地，所述聚烯烃类微孔膜为聚乙烯单层膜、聚丙烯单层膜、三层复合膜中的一种，所述三层复合膜由依次设置的聚丙烯层、聚乙烯层和聚丙烯层构成。

优选地，所述分子筛涂层中分子筛的孔径为5～45nm。

进一步地，所述分子筛涂层中分子筛的粒径为0.1～5μm。

更进一步地，所述分子筛涂层中分子筛的粒径为0.5～5μm。

更进一步地，所述分子筛涂层中分子筛的比表面积为200～2000m²/g。

更进一步地，所述分子筛涂层的厚度为2～10μm。

优选地，所述隔膜基体的孔径为20～600nm。

进一步地，所述隔膜基体的孔隙率为35％～60％。

更进一步地，所述隔膜基体的厚度为5-30μm。

优选地，所述分子筛涂层中分子筛为SBA-15、FAU、ITQ、MCM中的至少一种。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种锂离子电池用隔膜，在隔膜基体的单面和/或双面涂覆有分子筛涂层，具有多孔结构，且孔径可控，相较于现有的陶瓷隔膜，本发明的锂离子电池用隔膜具有以下特点：本发明的隔膜具有更好的电解液浸润性和较好的吸液能力，提高了锂离子电池的循环寿命；分子筛具有较高的比表面积，和基材之间有良好的粘结力，提高了隔膜的稳定性；分子筛的孔径可控，可以制作大孔径的分子筛，提高电解液的穿透性。相比之前的陶瓷隔膜，电解只能从隔膜颗粒与陶瓷颗粒之间通过，而分子筛隔膜里面的分子筛本身是一个多孔结构，因此电解液不只是可以从分子筛与分子筛之间通过，同时还能够从分子筛的孔道中通过，提高了隔膜整体的孔隙率，减小了锂离子穿过隔膜的阻值，从而提高锂离子电池的快充以及倍率放电性能。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

取孔径为100nm、粒径为1μm、比表面积为753m²/g的FAU分子筛10g、2g聚偏氟乙烯(PVDF)和5g N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合均匀，得到分子筛涂覆浆料。

将上述分子筛涂覆浆料通过涂布机均匀地涂覆在厚度为15μm的聚丙烯(PP)的一面，在70℃条件下真空(真空度0.02Mpa)，形成涂层厚度为3μm的锂离子电池用隔膜。

实施例2

取孔径为45nm、粒径为5μm、比表面积为200m²/g的SBA-15分子筛10g、2g聚偏氟乙烯(PVDF)和5g N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合均匀，得到分子筛涂覆浆料。

将上述分子筛涂覆浆料通过涂布机均匀地涂覆在厚度为5μm的隔膜基体聚丙烯(PP)的一面，聚丙烯的孔隙率为35％，孔径为20nm，在70℃条件下真空(真空度0.02Mpa)，形成涂层厚度为2μm的锂离子电池用隔膜。

实施例3

取孔径为5nm、粒径为0.1μm、比表面积为2000m²/g的ITQ分子筛10g、2g聚偏氟乙烯(PVDF)和5g N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合均匀，得到分子筛涂覆浆料。

将上述分子筛涂覆浆料通过涂布机均匀地涂覆在厚度为30μm的隔膜基体聚乙烯(PE)的两面，聚乙烯的孔隙率为60％，孔径为600nm，在70℃条件下真空(真空度0.02Mpa)，形成涂层厚度为10μm的锂离子电池用隔膜。

实施例4

取孔径为20nm、粒径为0.5μm、比表面积为1200m²/g的MCM分子筛10g、2g聚偏氟乙烯(PVDF)和5g N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合均匀，得到分子筛涂覆浆料。

将上述分子筛涂覆浆料通过涂布机均匀地涂覆在厚度为15μm的隔膜基体三层复合膜的两面，所述三层复合膜由依次设置的聚丙烯层、聚乙烯层和聚丙烯层构成，所述三层复合膜的孔隙率为40％，孔径为300nm，在70℃条件下真空(真空度0.02Mpa)，形成涂层厚度为8μm的锂离子电池用隔膜。

实施例5

将16μm厚的PP基膜的单面分别涂覆上3μm的陶瓷粉和FAU分子筛，分别制成两种单面涂层隔膜陶瓷隔膜和分子筛隔膜，并将此隔膜用于锂离子电池中，取两种锂离子电池进行循环测试实验，实验结果如表1所示。

表1

通过对比两种电芯的循环性能可知，分子筛隔膜组电芯相对陶瓷隔膜组电芯的净液系数更大，即分子筛隔膜内可以储存更多的电解液，由于电解液在电芯中是逐渐消耗的过程，有更多的电解液意味着电芯可以循环更多周次，循环性能得到了改善，因此相较于常规的陶瓷隔膜制备的锂离子电池，采用本发明的分子筛隔膜得到的锂离子电池具有更高的容量保持率、循环性能更好。

实施例6

参考标准GB/T 2792-1998《压敏胶粘带180°剥离强度试验方法》测试实施例5中两种隔膜涂层的剥离强度，实验结果如表2所示。

表2

实验结果表明相较于陶瓷隔膜，由于分子筛隔膜的涂层具有更高的比表面积，和基膜的粘结力更好，因此本发明的隔膜具有良好的稳定性。

实施例7

取实例1中的隔膜和涂覆有陶瓷粉的隔膜制备成锂离子电池，对比两组电芯的倍率放电性能，实验结果如表3所示。

表3

实验结果显示相较于使用陶瓷隔膜，由于分子筛隔膜中的分子筛是多孔的结构，整体分子筛隔膜相对于陶瓷隔膜具有更高的孔隙率，锂离子更容易通过隔膜，因此使用本发明分子筛隔膜的电芯具有更好的倍率放电性能。

实施例8

取实例2中的隔膜和涂覆有陶瓷粉的隔膜制备成锂离子电池，对比两组电芯的快充性能，实验结果如表4所示。

表4

实验结果表明在同样的充电时间内，由于分子筛隔膜的孔隙率相对较大，分子筛隔膜组电芯充电容量比要比陶瓷隔膜组电芯的要多，表明使用本发明隔膜的锂离子电池具有更好的快充性能。

Claims (10)

1.一种锂离子电池用隔膜，其特征在于，包括隔膜基体和涂覆在隔膜基体上的分子筛涂层。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于，所述隔膜基体为聚烯烃多孔膜。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于，所述聚烯烃类微孔膜为聚乙烯单层膜、聚丙烯单层膜、三层复合膜中的一种，所述三层复合膜由依次设置的聚丙烯层、聚乙烯层和聚丙烯层构成。

4.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于，所述分子筛涂层中分子筛的孔径为5～45nm。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于，所述分子筛涂层中分子筛的粒径为0.1～5μm。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于，所述分子筛涂层中分子筛的比表面积为200～2000m²/g。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于，所述分子筛涂层的厚度为2～10μm。

8.根据权利要求1-3、5-7任一项所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于，所述隔膜基体的孔径为20～600nm。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于，所述隔膜基体的孔隙率为35％～60％。

10.根据权利要求1-3、5-7、9任一项所述的锂离子电池用隔膜，其特征在于，所述分子筛涂层中分子筛为SBA-15、FAU、ITQ、MCM中的至少一种。