專利名稱：：多孔聚烯烴隔離膜的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種鋰離子電池隔離膜，尤其是一種多孔聚烯烴隔離膜。
背景技術：
：作為隔離材料，多孔聚烯烴膜可廣泛用于分離、選擇透過各種物質。例如，多孔聚烯烴膜可用作精密過濾膜、電池中的分隔件、電容器中的分隔件，以及各種功能膜的母材。多孔聚烯烴膜適合被用作為鋰離子電池的隔離膜，因為其不僅具有高滲透性，而且在一定溫度下可熔融聚合物、堵塞連通孔，從而切斷電流以保證鋰離子電池的安全使用。"切斷"是指多孔聚烯烴膜的孔被熔融樹脂堵塞，以增加膜的電阻和攔截鋰離子的流動。從保證安全來看，希望斷路溫度盡可能低。此外，隔離膜在孔堵塞之后也必需保持膜的形狀，以保證電極之間的絕緣隔離。如果隔離膜切斷電源之后，鋰離子電池的溫度進一步升高，隔離膜的流態化會引起電阻降低，從而導致電流恢復。此溫度為短路溫度，一般希望短路溫度較高。近年來，隨著全球環保活動的加強，從節約能量和資源的角度考慮，汽車工業正積極引入電動汽車。但是，由于電池被切斷后需要長時間來輻射熱量，所以具有較高能量的電動汽車電池會在異常情況下產生更多的熱，可能導致電池溫度在短時間內升高至高水平或長期維持在高溫狀態。此時，隔離膜有可能會收縮或破裂并可能導致正負極之間短路，產生更多熱量，嚴重影響了電池的安全性能。有鑒于此，確有必要提供一種具有良好安全性能的多孔聚烯烴隔離膜，以實現電動汽車電池所期待的更低的切斷溫度和更高的短路溫度，保障電池的安全使用。
發明內容本發明的目的在于提供一種具有良好安全性能的多孔聚烯烴隔離膜。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種多孔聚烯烴隔離膜，多孔聚烯烴隔離膜的厚度為35-80iim，孔隙率為30-70%。相對于現有技術，本發明多孔聚烯烴隔離膜具有以下技術效果首先，本發明多孔聚烯烴隔離膜可應用于鋰離子動力電池中，尤其是電動汽車用鋰離子動力電池中，由于隔離膜厚度增加，大大減小了鋰離子動力電池發生內短路，特別是因陰極鋁箔毛剌造成的內短路的風險。其次，即使發生內短路、正負極片之間流過短路電流時，本發明的多孔聚烯烴隔離膜可以增大電子和離子極化，減小短路電流和降低生成的熱量，降低著火和爆炸的可能性。采用本發明多孔聚烯烴隔離膜時，由熱模擬鋰離子穿釘時的最高溫升為102t:，實際測試結果為98°C;采用普通隔離膜時，由熱模擬鋰離子穿釘時的最高溫升為135t:，實際測試結果為140°C。最后，本發明多孔聚烯烴隔離膜還具有良好的循環性能和充放電性能。作為本發明多孔聚烯烴隔離膜的一種改進，所述多孔聚烯烴隔離膜的厚度為35-50iim，孔隙率為30-50%。作為本發明多孔聚烯烴隔離膜的一種改進，所述多孔聚烯烴隔離膜的厚度為40iim，孔隙率為40%。作為本發明多孔聚烯烴隔離膜的一種改進，所述多孔聚烯烴隔離膜的空氣滲透率為100-1000秒/100ml，平均開孔直徑為0.001-1iim。作為本發明多孔聚烯烴隔離膜的一種改進，所述隔離膜含有多孔聚烯烴基體，多孔聚烯烴基體為平均分子量不小于1X105的單獨聚烯烴，或為平均分子量不小于IXIO5、孔隙率為30-95%的聚烯烴的混合物。作為本發明多孔聚烯烴隔離膜的一種改進，所述聚烯烴混合物含有平均分子量為1X106-15X106的超高分子量聚烯烴和平均分子量為1X105-1X106的高分子量聚烯烴。作為本發明多孔聚烯烴隔離膜的一種改進，所述多孔聚烯烴隔離膜的斷路溫度不超過135°C。作為本發明多孔聚烯烴隔離膜的一種改進，所述多孔聚烯烴隔離膜的短路溫度不低于165°C。具體實施例方式以下結合各個具體實施例和比較例，詳細說明本發明多孔聚烯烴隔離膜和其有益技術效果。實施例11)隔離膜的制備將含有重量百分比5-95%的聚乙烯A、95_5%的聚乙烯B的聚烯烴混合物與增塑劑(如石蠟)混合捏合，其中，聚乙烯A的平均分子量為2X106，聚乙烯B的平均分子量為1X105-2X105。將捏合產物擠出制成膠狀片并冷卻和固化，然后將得到的膠狀片拉伸，干燥定型制得本發明多孔聚烯烴隔離膜。隔離膜的厚度為35-80m，優選35-50ym，最好為40iim;隔離膜的孔隙率為30-70%，優選30-50%，最好為40%;空氣滲透率為1000秒/100ml，平均開孔直徑為0.001-1iim，最好為0.03ym。試驗測得實施例1隔離膜的斷路溫度為125"，短路溫度為185°C。需要說明的是，隔離膜也可以含有其他多孔聚烯烴基體，聚烯烴基體為平均分子量不小于1X105的單獨聚烯烴，或為平均分子量不小于1X105、孔隙率為30-95%的聚烯烴的混合物，其中，聚烯烴混合物含有平均分子量為1X106_15X106的超高分子量聚烯烴和平均分子量為1X105_1X106的高分子量聚烯烴。2)正極片的制備取重量百分比為94%的LiFeP04、3%的納米碳纖維和3%的水溶性粘結劑，加入去離子水并攪拌均勻，然后涂布與鋁箔上，涂布過程中留15mm單邊不涂敷。烘干并連續輥壓，然后在未涂敷的鋁箔部分連續輥切，形成有連續單邊集流體的方波型集流體，制得正極片。單邊集流體的寬度為8mm，間距為20mm，高度為15mm。3)負極片的制備按重量比95:5稱取人造石墨和水溶性黏結劑羧甲基纖維素(CMC)，加入去離子水攪拌均勻后涂布與銅箔上，涂布過程中留15mm單邊不涂敷。烘干并連續輥壓，然后在未涂敷的銅箔部分連續輥切，形成有連續單邊集流體的方波型集流體，制得正極片。單邊集流體的寬度為8mm，間距為20mm，高度為15mm。4)電池的制備將干燥后的均均分布的方波型集流體的正、負極片與前述多孔聚烯烴隔離膜組裝，注入碳酸乙烯酯與碳酸二乙酯體積比l:1且含有1MLiPF6的電解液，制得鋰離子動力電池。電池的評估結果見表l。實施例21)隔離膜的制備隔離膜的制備同實施例1，隔離膜的尺寸為1500mmX54mm2)正極片的制備將重量百分比分別為85%的磷酸鐵鋰、5%的炭黑和5%的石墨混合研磨、烘干預混、制成正極粉末。將混好的正極粉末與含重量百分比5%的丙烯酸類聚合物的去離子水混合，制成漿料，漿料的粘度在6000-9000mPaS之間。將漿料涂敷于斜拉鋁網的兩面，在1l(TC下干燥后輥壓，經輥壓后形成厚度為200iim的正極片，壓實密度為2.2g/cm3。最后，將正極片按尺寸700mmX51mm進行裁減。2)負極片的制備將重量百分比為93%的天然石墨與含有重量百分比2%的羧甲基纖維素納、5%的丁苯橡膠粘結劑的去離子水混合制成漿料，漿料粘度在3000-5000mPaS之間。將漿料均均涂敷于銅箔的兩面，在12(TC下干燥后輥壓，經輥壓后形成厚度約120ym的負極片，壓實密度為1.6g/cm3。最后，將負極片按尺寸740mmX52mm進行裁減。4)電池的制備按"負極片_隔離膜_正極片_隔離膜_負極片_隔離膜_正極片"次序將正負極片對疊，巻繞成螺旋狀的電芯。將電芯經過極耳焊接后在9(TC真空干燥24小時，干燥后注入15g電解液，電解液為LiPFe-碳酸乙烯酯(EC)/二甲基碳酸酯(DMC)/碳酸丙烯酯(PC)，其中，EC、匿c、PC的體積比為i:0.8:o.2，封裝后化成得到鋰離子動力電池。電池評估結果見表l。實施例31)隔離膜的制備隔離膜的制備同實施例1。2)正極片的制備將Li^(P0》3、導電劑和粘結劑按比例混合均均，涂敷在鋁箔上，烘干之后壓實，按照一定尺寸剪切，制作成正極片。3)負極片的制備將1^4115012、導電劑和粘結劑按比例混合均勻后，涂敷在銅箔上，烘干之后壓實，按照一定的尺寸剪切，制作成負極片。4)電池的制備將正極片、負極片和隔離膜組裝，注入電解液，制得鋰離子動力電池。電池評估結果見表l。比較例1)正極片的制備將Li^(P0》3、導電劑和粘結劑按比例混合均均，涂敷在鋁箔上，烘干之后壓實，按照一定尺寸剪切，制作成正極片。2)負極片的制備將LiJ^O『導電劑和粘結劑按比例混合均勻，涂敷在銅箔上，烘干之后壓實，按照一定的尺寸剪切，制作成負極片。3)電池的制備將正極片、負極片和普通隔離膜組裝，注入電解液，制得鋰離子動力電池。電池評估結果見表l。表1電池性能評估結果評估項目單位實施例1實施例2實施例3比4支例單體標稱電壓/容量V/Ah3.5V/28Ah3.2V/25Ah3.1V/26Ah2.5V/20Ah單體內阻mQ0.9mQl.OmQl.lmQl.lmQ單體功率密度W/kg110010501000900單體能量密度Wh/kg11010710590常溫最大充電倍率C2222常溫最大放電倍率C4444工作溫度范圍。c-25-60°C-25-60。C-25-60°C-25-60。C擱置溫度范圍°c-40-80°C-40-80°C善80。C-40-80'C荷電保持能力%/月95%/月95%/月95%/月80%/月循環壽命80%容量次2400220020001500安全性經過充實驗(充電電壓到5V)測試，無爆炸、漏液和起火現象；鋰離子動力電池經過針刺和擠壓無爆炸和起火現象；鋰離子動力電池經過7(TC加熱和130'C熱沖擊試驗無爆炸、漏液和起火現象。穿釘實驗對各個實施例和比較例的電池做穿釘測試，模擬電芯內部短路情況。穿釘的步驟為(1)以1.OC電流恒流充電至3.65V，然后恒壓充電至電流降至0.05C，充電停止；(2)靜置1小時，然后測量開路電壓；(3)將一直徑為5-8mm的鋼釘垂直穿過電芯中心，并保持1小時以上。穿釘實驗的測試結果見表2。表2穿釘實驗的測試結果穿釘最高溫度/°c熱模擬最高溫度/°c熱失控情況實施例1100102無爆炸，無著火，無漏液實施例2101100無爆炸，無著火，無漏液<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬
技術領域：
的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。權利要求一種多孔聚烯烴隔離膜，其特征在于所述多孔聚烯烴隔離膜的厚度為35-80μm，孔隙率為30-70％。2.根據權利要求1所述的多孔聚烯烴隔離膜，其特征在于所述多孔聚烯烴隔離膜的厚度為35-50iim，孔隙率為30-50%。3.根據權利要求1所述的多孔聚烯烴隔離膜，其特征在于所述多孔聚烯烴隔離膜的厚度為40iim，孔隙率為40%。4.根據權利要求1至3中任一項所述的多孔聚烯烴隔離膜，其特征在于所述多孔聚烯烴隔離膜的空氣滲透率為100-1000秒/100ml，平均開孔直徑為0.001-1ym。5.根據權利要求1所述的多孔聚烯烴隔離膜，其特征在于所述隔離膜含有多孔聚烯烴基體，聚烯烴基體為平均分子量不小于1X105的單獨聚烯烴，或為平均分子量不小于1X105、孔隙率為30-95%的聚烯烴的混合物。6.根據權利要求5所述的多孔聚烯烴隔離膜，其特征在于所述聚烯烴混合物含有平均分子量為1X106-15X106的超高分子量聚烯烴和平均分子量為1X105-1X106的高分子量聚烯烴。7.根據權利要求1所述的多孔聚烯烴隔離膜，其特征在于所述多孔聚烯烴隔離膜的斷路溫度不超過135°C。8.根據權利要求1所述的多孔聚烯烴隔離膜，其特征在于所述多孔聚烯烴多孔隔離膜的短路溫度不低于165t:。9.一種鋰離子動力電池，其包括正極片、負極片、間隔于正負極片之間的隔離膜，以及電解液，其特征在于所述隔離膜為權利要求1至8中任一項所述的多孔聚烯烴隔離膜。10.根據權利要求9所述的鋰離子動力電池，其特征在于所述鋰離子動力電池的穿釘最高溫度和熱模擬最高溫度均不低于IO(TC。全文摘要本發明公開了一種多孔聚烯烴隔離膜，隔離膜的厚度為35-80μm，孔隙率為30-70％，空氣滲透率為100-1000秒/100ml，平均開孔直徑為0.001-1μm。使用本發明多孔聚烯烴隔離膜的鋰離子動力電池，穿釘最高溫度和熱模擬最高溫度均不低于100℃，具有良好的安全性能、循環性能和充放電性能。文檔編號H01M2/16GK101702428SQ20091019381公開日2010年5月5日申請日期2009年11月10日優先權日2009年11月10日發明者朱坤慶,樸美子,王學澤,趙豐剛申請人:東莞新能源科技有限公司