锂离子电池隔膜及其制备方法、锂离子电池与流程

文档序号:15219856发布日期:2018-08-21 17:19阅读:348来源:国知局

本发明涉及锂离子电池技术领域,具体而言,涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法、锂离子电池。



背景技术:

锂离子电池是一种具有较高能量密度的二次电池。随着时代发展,其成本逐渐低,应用也得到推广,特别是在电动车和能量储存领域。锂离子电池的安全性制约了其进一步发展和应用。

隔膜是锂离子电池的重要组成部件,隔膜在锂离子电池中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,是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、循环性能和安全性等特性,性能优异的隔膜对提高锂离子电池的综合性能具有重要的作用。

常用的锂离子电池隔膜基体材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂。但由于存在不耐高温等缺陷,使锂离子的安全性存在较大的隐患。改善隔膜的抗热收缩能力,可以有效减少隔膜短路所造成的内短路产生的焦耳热,是提高电池耐热冲击性能的重要方法。后来出现了陶瓷涂覆隔膜,但陶瓷是一种强耐热收缩的材料,当与易于收缩的锂电池隔膜材料涂覆在一起时,两层界面由于长期经受相差较大的热收缩应力而产生必然的应变导致隔膜受损。

有鉴于此,特提出本发明。



技术实现要素:

本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池隔膜,以pp/pe/pp三层复合膜作为多孔膜基材,膜基材上涂覆有环糊精聚合物层,环糊精聚合物与多孔膜基材之间作用强、不易脱落,涂覆后的隔膜透气度好、孔径密集,孔径较均匀,表面较光滑,具有较好的电化学性能和力学性能。隔膜热收缩率低,在电池高倍率充放电过程中,该隔膜纸从微孔闭孔到隔膜熔融破裂温度范围较宽,安全性能好。

本发明的目的之二在于提供一种锂离子电池隔膜的制备方法,该方法得到的锂离子电池隔膜孔径参数好,孔径密集、均匀,透气度好,具有较好的电化学性能、力学性能和安全性能。此外,该方法操作简单,便于工业化生产。

本发明的目的之三在于提供一种包含上述锂离子电池隔膜或上述锂离子电池隔膜的制备方法制备得到的锂离子电池隔膜的锂离子电池,具有与上述隔膜相同的优势,得到的锂离子电池安全性能好。

为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:

第一方面,提供了一种锂离子电池隔膜,包括pp/pe/pp多孔膜基材和pp/pe/pp多孔膜基材表面的环糊精聚合物层。

优选地,在本发明提供的技术方案的基础上,所述pp/pe/pp多孔膜基材的厚度为10-20μm,优选15-18μm,进一步优选16-18μm;

优选地,所述pp/pe/pp多孔膜基材的透气度为180-200s/100ml;

优选地,所述pp/pe/pp多孔膜基材的孔径为0.03-0.05μm;

优选地,所述pp/pe/pp多孔膜基材的孔隙率为35-50%。

优选地,在本发明提供的技术方案的基础上,所述环糊精聚合物层的厚度为0.5-10μm,优选1-10μm,进一步优选1-5μm。

优选地,在本发明提供的技术方案的基础上,所述环糊精聚合物层所用涂覆浆料包括重量份数的如下组分:环糊精聚合物10-25份、水60-100份、任选的粘结剂0.5-2份、任选的水性分散剂0.1-3份和任选的表面活性剂0.1-2份;

优选地,粘结剂包括丁苯乳胶、苯丙乳胶、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚氨酯中的一种或至少两种的组合;

优选地,水性分散剂包括羧酸盐类氟分散剂、磺酸盐类氟分散剂、聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾中的一种或至少两种的组合;

优选地,表面活性剂包括氟代烷基甲氧基醚醇、氟代烷基乙氧基醚醇、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或脂肪酸聚氧乙烯醚中的一种或至少两种的组合。

优选地,在本发明提供的技术方案的基础上,所述环糊精聚合物层所用涂覆浆料中还包括陶瓷粉1-10重量份。

第二方面,提供了一种锂离子电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:

将环糊精聚合物浆料均匀涂覆于pp/pe/pp多孔膜基材上,形成环糊精聚合物层,干燥后得到锂离子电池隔膜;

所述环糊精聚合物浆料包括环糊精聚合物和水。

优选地,在本发明提供的技术方案的基础上,所述涂覆为单面涂覆或双面涂覆。

优选地,在本发明提供的技术方案的基础上,所述环糊精聚合物浆料包括重量份数的如下组分:环糊精聚合物10-25份、水60-100份、粘结剂0.5-2份、水性分散剂0.1-3份和表面活性剂0.1-2份;

优选地,粘结剂包括丁苯乳胶、苯丙乳胶、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚氨酯中的一种或至少两种的组合;

优选地,水性分散剂包括羧酸盐类氟分散剂、磺酸盐类氟分散剂、聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾中的一种或至少两种的组合;

优选地,表面活性剂包括氟代烷基甲氧基醚醇、氟代烷基乙氧基醚醇、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或脂肪酸聚氧乙烯醚中的一种或至少两种的组合。

优选地,在本发明提供的技术方案的基础上,所述环糊精聚合物浆料中还包括陶瓷粉1-10重量份。

第三方面,提供了一种包含上述锂离子电池隔膜或上述锂离子电池隔膜的制备方法制备得到的锂离子电池隔膜的锂离子电池。

与已有技术相比,本发明具有如下有益效果:

(1)本发明的锂离子电池隔膜包括pp/pe/pp多孔膜基材和其表面的环糊精聚合物层,以pp/pe/pp三层复合膜作为多孔膜基材,膜基材上涂覆有环糊精聚合物层,环糊精聚合物与多孔膜基材之间作用强、不易脱落,有利于降低隔膜的热收缩率,提高电池的安全性和持久性。本发明的锂离子电池隔膜孔径密集,透气度好,适用于高倍率充放电锂离子电池,可以抑制充放电过程中气体产生对电极的腐蚀,因而高倍率放电容量降低少。隔膜孔径较均匀,表面较光滑,因而表现较好的电化学性能。使用本发明隔膜在电池高倍率充放电过程中,从微孔闭孔到隔膜熔融破裂温度范围较宽,在电流切断后一个较宽的温度范围内仍能保持较好的力学性能,因而安全性能好。

(2)通过环糊精聚合物涂覆的隔膜因具有亲水性的高极性基团羟基而使隔膜具有较好的电解液浸润性,提高隔膜吸液率,可有效降低电池的容量衰减。

(3)本发明的锂离子电池隔膜的制备方法在pp/pe/pp多孔膜基材表面均匀涂覆环糊精聚合物浆料,该方法得到的锂离子电池隔膜孔径密集、均匀,透气度好,具有较好的电化学性能、力学性能和安全性能。此外,该方法操作简单,便于工业化生产。同时采用的环糊精聚合物浆料采用水作溶剂,避免了使用有机溶液所引起的污染和危害,避免了有机溶剂挥发所造成的不均匀和不确定性。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的锂离子电池隔膜扫描电镜图((a)为一张锂离子电池隔膜扫描电镜图;(b)为另一张锂离子电池隔膜扫描电镜图);

图2为使用本发明实施例1制备的锂离子电池隔膜的锂离子电池充放电图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。

根据本发明的第一个方面,提供了一种锂离子电池隔膜,包括pp/pe/pp多孔膜基材和pp/pe/pp多孔膜基材表面的环糊精聚合物层。

pp/pe/pp多孔膜基材中的“/”的表示和的意思,即pp/pe/pp(聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯)三层结构复合而成的多孔膜。

典型但非限制性的pp/pe/pp多孔膜基材例如为celguard16μm隔膜。

pp/pe/pp多孔膜综合了pp、pe膜优点,机械强度好,安全性更高。

环糊精聚合物层是指主成分为环糊精聚合物的涂层,环糊精聚合物是由多个环糊精单元存在于高分子链上即构成了环糊精聚合物(高聚物,cdp)

典型的环糊精聚合物为环糊精交联聚合物,是主体环糊精通过适当的交联剂交联后得到的,对环糊精交联聚合物的来源不作限定,可采用市售的环糊精交联聚合物,如β-环糊精交联聚合物,或采用常规方法制备得到。

环糊精聚合物因具有亲水性的高极性基团羟基而使隔膜具有较好的电解液浸润性,提高隔膜吸液率,可有效降低电池的容量衰减。

本发明的锂离子电池隔膜以pp/pe/pp三层复合膜作为多孔膜基材,膜基材上涂覆有环糊精聚合物层,pp/pe/pp多孔膜和环糊精聚合物均为有机材质,且环糊精聚合物粘结性强,增强了涂层与多孔膜基材之间的作用,环糊精聚合物涂层不易脱落,有利于降低隔膜的热收缩率,提高电池的安全性和持久性。涂层粒子堆积整齐,分散均匀,无团聚现象,一致性良好,不会堵孔,孔径密集,透气度较低,吸液率高,适用于高倍率充放电锂离子电池,可以抑制充放电过程中气体产生对电极的腐蚀,因而高倍率放电容量降低少。隔膜孔径较均匀,表面较光滑,因而表现较好的电化学性能。使用本发明隔膜在电池高倍率充放电过程中,从微孔闭孔到隔膜熔融破裂温度范围较宽,在电流切断后一个较宽的温度范围内仍能保持较好的力学性能,因而安全性能好。

在一种优选的实施方式中,pp/pe/pp多孔膜基材的厚度为10-20μm,优选15-18μm,进一步优选16-18μm。

pp/pe/pp多孔膜基材的厚度典型但非限制性的例如为10μm、12μm、14μm、15μm、16μm、18μm或20μm。

在一种优选的实施方式中,pp/pe/pp多孔膜基材的透气度为180-200s/100ml,例如180s/100ml、190s/100ml或200s/100ml。

在一种优选的实施方式中,pp/pe/pp多孔膜基材的孔径为0.03-0.05μm,例如0.03μm、0.04μm或0.05μm。

在一种优选的实施方式中,pp/pe/pp多孔膜基材的孔隙率为35-50%。例如35%、40%、45%或50%。

选用一致性良好的pp/pe/pp多孔膜基材,在一定机械强度下隔膜厚度较小,减小内阻,可大功率充放电。孔径均匀、孔隙率适宜,保证较低的电阻和较高的离子导电性,提高电池能力密度,提升充放电性能。透气度较低,孔径密集可以抑制充放电过程中气体产生对电极的腐蚀,高倍率放电容量降低少。

在一种优选的实施方式中,环糊精聚合物层的厚度为0.5-10μm,优选1-10μm,进一步优选1-5μm。

环糊精聚合物层的厚度典型但非限制性的例如为0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。

环糊精聚合物层的厚度较薄,不利于更加有效地降低隔膜的热收缩率,提高电池的安全性和持久性,也不能有效提高隔膜的浸润性。环糊精聚合物层的厚度较厚,环糊精聚合物层容易脱落,影响安全性和持久性。

在一种优选的实施方式中,环糊精聚合物层所用涂覆浆料包括重量份数的如下组分:环糊精聚合物10-25份、水60-100份、任选的粘结剂0.5-2份、任选的水性分散剂0.1-3份和任选的表面活性剂0.1-2份。

环糊精聚合物典型但非限制性的重量份例如为10份、15份、20份或25份。

水典型但非限制性的重量份例如为60份、70份、80份、90份或100份。

粘结剂为可选组分,加入粘结剂能够进一步增强环糊精聚合物与隔膜的附着力。

粘结剂典型但非限制性的重量份例如为0.5份、1份或2份。

优选地,粘结剂包括丁苯乳胶、苯丙乳胶、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚氨酯中的一种或至少两种的组合。

水性分散剂为可选组分,加入水性分散剂能够使环糊精聚合物在水中更好地分散,使涂覆后的环糊精聚合物层更加均匀。

水性分散剂典型但非限制性的重量份例如为0.1份、1份、2份或3份。

优选地,水性分散剂包括羧酸盐类氟分散剂、磺酸盐类氟分散剂、聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾中的一种或至少两种的组合。

表面活性剂为可选组分,加入表面活性剂可以起到调节浆料表面张力的作用,若浆料表面张力过高,则浆料不易在pp/pe/pp隔膜上铺张,造成涂布困难;若浆料表面张力太低,则浆料在转移过程中容易起泡,干燥过程中泡沫破裂引起漏涂。

表面活性剂典型但非限制性的重量份例如为0.1份、0.5份、1份或2份。

优选地,表面活性剂包括氟代烷基甲氧基醚醇、氟代烷基乙氧基醚醇、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或脂肪酸聚氧乙烯醚中的一种或至少两种的组合。

将环糊精聚合物与水以特定比例混合,得到浓度适宜的浆料,涂覆后均匀性好,并优选加入粘结剂、水性分散剂和表面活性剂能够使浆料分散性更好,涂覆后得到的环糊精聚合物涂层性质更好。

在一种优选的实施方式中,环糊精聚合物层所用涂覆浆料中还包括陶瓷粉1-10重量份。

陶瓷微粉是一种轻质非金属多功能材料,主要成分是sio2和al2o3,陶瓷微粉典型但非限制性的重量份例如为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份。

通过加入无机陶瓷颗粒则在复合膜中形成刚性骨架,进一步防止隔膜在高温条件下发生收缩甚至熔融,进一步提升电池安全性能。

根据本发明的第二个方面,提供了一种锂离子电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:

将环糊精聚合物浆料均匀涂覆于pp/pe/pp多孔膜基材上,形成环糊精聚合物层,干燥后得到锂离子电池隔膜;

环糊精聚合物浆料包括环糊精聚合物和水。

环糊精聚合物浆料是环糊精交联聚合物溶解或分散于水中得到的,可以形成凝胶态流体,优选环糊精聚合物浆料的粘度为50-500mpa·s,例如50mpa·s、100mpa·s、120mpa·s、150mpa·s、200mpa·s、300mpa·s、400mpa·s或500mpa·s。

环糊精聚合物优选为环糊精交联聚合物,是主体环糊精通过适当的交联剂交联后得到的,对环糊精交联聚合物的来源不作限定,可采用市售的环糊精交联聚合物,如β-环糊精交联聚合物,或采用常规方法制备得到。

优选地,环糊精交联聚合物采用环氧氯丙烷与β-环糊精交联反应制备得到。典型制备方法如下:将β-环糊精溶于20%氢氧化钠溶液中,在不断搅拌下按一定速度滴入30~40ml环氧氯丙烷,体系达到一定粘度后,停止搅拌,继续反应至凝胶硬块状物质出现,取出用水和丙酮洗涤至不含氯离子为止,过滤干燥,研磨后的粉粒状环糊精交联聚合物。

环糊精交联聚合物具有三维网状结构,可有效防止团聚,分散均匀性好,涂覆后进一步促进了隔膜的表面性质、孔道结构、机械强度等性能。

涂覆环糊精聚合物浆料后形成环糊精聚合物层,该层的厚度例如为0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。

本发明的锂离子电池隔膜的制备方法在pp/pe/pp多孔膜基材表面均匀涂覆环糊精聚合物浆料,涂覆后得到的锂离子电池隔膜孔径密集、均匀,透气度好,电化学性能、力学性能和安全性能优秀。此外,该方法操作简单,便于工业化生产。同时采用的环糊精聚合物浆料采用水作溶剂,避免了使用有机溶液所引起的污染和危害,避免了有机溶剂挥发所造成的不均匀和不确定性。

优选地,涂覆为单面涂覆或双面涂覆。

环糊精聚合物浆料涂覆时可以涂覆于pp/pe/pp基膜与电池正极片相接触的一面上、或与电池的负极片相接触的一面上、或与电池的正负极极片相接触的两面上。

在一种优选的实施方式中,环糊精聚合物浆料包括重量份数的如下组分:环糊精聚合物10-25份、水60-100份、粘结剂0.5-2份、水性分散剂0.1-3份和表面活性剂0.1-2份。

环糊精聚合物典型但非限制性的重量份例如为10份、15份、20份或25份。

水典型但非限制性的重量份例如为60份、70份、80份、90份或100份。

粘结剂典型但非限制性的例如为丁苯乳胶、苯丙乳胶、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物或聚氨酯等,粘结剂重量份例如为0.5份、1份或2份。

水性分散剂典型但非限制性的例如为酸盐类氟分散剂、磺酸盐类氟分散剂、聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾等,水性分散剂重量份例如为0.1份、1份、2份或3份。

表面活性剂典型但非限制性的例如为氟代烷基甲氧基醚醇、氟代烷基乙氧基醚醇、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或脂肪酸聚氧乙烯醚等,表面活性剂典型但非限制性的例如为0.1份、0.5份、1份或2份。

通过特定含量的环糊精聚合物、粘结剂、水性分散剂、表面活性剂以及水制成的浆料性质均一,粘度适中,涂覆后得到的环糊精聚合物涂层性质更好。

在一种优选的实施方式中,环糊精聚合物层所用涂覆浆料中还包括陶瓷粉1-10重量份。

陶瓷粉典型但非限制性的重量份例如为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份。

通过加入无机陶瓷颗粒可以在复合膜中形成刚性骨架,进一步防止隔膜在高温条件下发生收缩甚至熔融,进一步提升电池安全性能。

优选地,一种典型的锂离子电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:

(a)将粘结剂、水性分散剂和表面活性剂溶于部分水中,得到溶液a;

(b)将环糊精聚合物溶于剩余水中,得到溶液b;

(c)将溶液a和溶液b混合均匀,得到环糊精聚合物浆料;

(d)将环糊精聚合物浆料均匀涂覆于pp/pe/pp多孔膜基材的一面或两面上,干燥后得到涂覆有环糊精聚合物层的锂离子电池隔膜;pp/pe/pp多孔膜基材的厚度为10-20μm;环糊精聚合物层的厚度为0.5-10μm。

该典型的锂离子电池隔膜的制备方法通过先分别制备环糊精聚合物溶液以及其他助剂溶液,再将两者混合制成浆料,得到的浆料稳定均一、粘结性好,涂覆后得到的隔膜表面平整,有利于获得化学性能、安全性能佳的电池隔膜。

根据本发明的第三个方面,提供了一种包含上述锂离子电池隔膜或上述锂离子电池隔膜的制备方法制备得到的锂离子电池隔膜的锂离子电池。

锂离子电池具有与上述隔膜相同的优势,得到的锂离子电池安全性能好。

下文中,将根据下面的具体实施例和对比例更详细地描述本发明。然而,提供下面的实施例和对比例仅用于例示本发明,本发明的范围不限于此,本发明涉及的各原料均可通过商购获取。

实施例1

一种锂离子电池隔膜,包括celguard16μm隔膜基材和celguard16μm隔膜基材表面的环糊精聚合物层,环糊精聚合物层的厚度为1μm。

锂离子电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:

(1)将0.5重量份的粘结剂、3重量份的水性分散剂和0.1重量份的表面活性剂溶于50重量份的水中,得到溶液a;

(2)将25重量份的环糊精聚合物溶于剩余50重量份的水中,得到溶液b;

(3)将溶液a和溶液b混合均匀,得到环糊精聚合物浆料;

(4)将环糊精聚合物浆料均匀涂覆于celguard16μm隔膜基材的一面上,干燥后得到涂覆有环糊精聚合物层的锂离子电池隔膜。

实施例2

一种锂离子电池隔膜,包括celguard10μm隔膜基材和celguard10μm隔膜基材表面的环糊精聚合物层,环糊精聚合物层的厚度为0.5μm。

锂离子电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:

(1)将2重量份的粘结剂、0.1重量份的水性分散剂和2重量份的表面活性剂溶于30重量份的水中,得到溶液a;

(2)将10重量份的环糊精聚合物溶于剩余30重量份的水中,得到溶液b;

(3)将溶液a和溶液b混合均匀,得到环糊精聚合物浆料;

(4)将环糊精聚合物浆料均匀涂覆于celguard10μm隔膜基材的一面上,干燥后得到涂覆有环糊精聚合物层的锂离子电池隔膜。

实施例3

一种锂离子电池隔膜,包括celguard20μm隔膜基材和celguard20μm隔膜基材表面的环糊精聚合物层,环糊精聚合物层的厚度为2μm。

锂离子电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:

(1)将1重量份的粘结剂、1重量份的水性分散剂和1.5重量份的表面活性剂溶于30重量份的水中,得到溶液a;

(2)将15重量份的环糊精聚合物溶于剩余40重量份的水中,得到溶液b;

(3)将溶液a和溶液b混合均匀,得到环糊精聚合物浆料;

(4)将环糊精聚合物浆料均匀涂覆于celguard20μm隔膜基材的一面上,干燥后得到涂覆有环糊精聚合物层的锂离子电池隔膜。

实施例4

一种锂离子电池隔膜,包括celguard15μm隔膜基材和celguard15μm隔膜基材表面的环糊精聚合物层,环糊精聚合物层的厚度为3μm。

锂离子电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:

(1)将1.5重量份的粘结剂、2重量份的水性分散剂和1重量份的表面活性剂溶于40重量份的水中,得到溶液a;

(2)将12重量份的环糊精聚合物溶于剩余40重量份的水中,得到溶液b;

(3)将溶液a和溶液b混合均匀,得到环糊精聚合物浆料;

(4)将环糊精聚合物浆料均匀涂覆于celguard15μm隔膜基材的一面上,干燥后得到涂覆有环糊精聚合物层的锂离子电池隔膜。

实施例5

一种锂离子电池隔膜,包括celguard18μm隔膜基材和celguard18μm隔膜基材表面的环糊精聚合物层,环糊精聚合物层的厚度为4μm。

锂离子电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:

(1)将1.8重量份的粘结剂、2.5重量份的水性分散剂和0.5重量份的表面活性剂溶于50重量份的水中,得到溶液a;

(2)将20重量份的环糊精聚合物溶于剩余40重量份的水中,得到溶液b;

(3)将溶液a和溶液b混合均匀,得到环糊精聚合物浆料;

(4)将环糊精聚合物浆料均匀涂覆于celguard18μm隔膜基材的一面上,干燥后得到涂覆有环糊精聚合物层的锂离子电池隔膜。

实施例6

一种锂离子电池隔膜,包括celguard16μm隔膜基材和celguard16μm隔膜基材表面的环糊精聚合物层,环糊精聚合物层的厚度为5μm。

锂离子电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:

(1)将1.5重量份的粘结剂、0.5重量份的水性分散剂和1重量份的表面活性剂溶于45重量份的水中,得到溶液a;

(2)将18重量份的环糊精聚合物溶于剩余40重量份的水中,得到溶液b;

(3)将溶液a和溶液b混合均匀,得到环糊精聚合物浆料;

(4)将环糊精聚合物浆料均匀涂覆于celguard16μm隔膜基材的一面上,干燥后得到涂覆有环糊精聚合物层的锂离子电池隔膜。

实施例7

一种锂离子电池隔膜,包括celguard16μm隔膜基材和celguard16μm隔膜基材表面的环糊精聚合物-陶瓷层,环糊精聚合物-陶瓷层的厚度为0.5μm。

锂离子电池隔膜的制备方法,其中步骤(2)为将25重量份的环糊精聚合物以及2重量份的陶瓷粉溶于剩余50重量份的水中,得到溶液b,其余步骤与实施例1相同。

对比例1

一种锂离子电池隔膜,与实施例1不同的是,本对比例采用东航光电20μm隔膜作为隔膜基材。

对比例2

一种锂离子电池隔膜,与实施例1不同的是,本对比例采用新乡23μm隔膜作为隔膜基材。

对比例3

一种锂离子电池隔膜,与实施例1不同的是,本对比例采用捷源盛20μm隔膜作为隔膜基材。

对比例4

本对比例采用celguard16μm隔膜,孔隙率50%,且不进行任何涂层处理。

试验例1

对实施例1-7以及对比例1-4得到的锂离子电池隔膜进行测试,结果示于下面的表1中。

测试包括隔膜厚度、孔径、孔隙率、透气度、吸液率、热收缩率和抗穿刺强度,具体测试方法如下:

厚度:采用非接触式测厚仪测定。

孔径和孔径分布:采用压汞法测量,孔的分布均匀性采用sem观察。

孔隙率:对于一定的电解质,具有高孔隙率的隔膜可以降低电池的阻抗,但是孔隙率太高,会使材料的机械强度变差,采用称重法计算理论孔隙率。

透气度:透气度又称gurley数,反映隔膜的透过能力。使用格利(gurley)透气仪检测。

吸液率:把干式样称重后浸泡在点解液中,直至吸收平衡,再取出湿隔膜擦干表面电解液称重,计算吸液率。

热收缩率:将隔膜放在90℃环境下1小时,看前后隔膜的面积变化率。

抗穿刺强度:用环状物体将隔膜固定,取一定直径的针,要求针尖无锐边缘,以一定的速度垂直刺过隔膜,将隔膜刺破最大力就是隔膜的抗穿刺力。

表1

如表1中所示,本发明得到的隔膜厚度、孔径、孔隙率、透气度好,且吸液率高,热收缩率低,力学性能抗穿刺强度高。

实施例7较实施例1隔膜的吸液率和穿刺强度进一步提升,热收缩率进一步降低。由此可见,实施例7在实施例1的基础上增加了陶瓷粉,进一步提升了隔膜的吸液率、热收缩率和穿刺强度性能。

对比例1-3与实施例1相比,更换了隔膜基材,隔膜性能特别是力学性能和热收缩性明显下降,影响隔膜使用安全性,可见采用pp/pe/pp三层复合膜作为基体膜能够获得机械强度和安全性能更好的隔膜。

对比例4与实施例1相比,未进行涂层处理,隔膜吸液率明显下降,此外热收缩率和力学性能也有所下降,可见,通过涂覆环糊精聚合物层,能够明显提高隔膜的吸液率,且能够获得更高机械强度和安全性能的隔膜。

可见,本发明通过采用pp/pe/pp三层复合膜作为多孔膜基材,且膜基材上涂覆有环糊精聚合物层,得到的隔膜透气度好、孔径密集,孔径较均匀,表面较光滑,具有较好的电化学性能和力学性能。隔膜热收缩率低,安全性能好。

试验例2

将实施例1得到的锂离子电池隔膜与对比例得到的锂离子电池隔膜制成锂离子电池进行对比实验。

其中正极材料浆料包括磷酸铁锂:导电剂:粘结剂:分散剂=92.14%:3.50%:4.00%:0.36%;负极材料为人造石墨;电解液lipf6浓度为1mol/l,ec:emc:dmc=1:1:1。

结果发现采用实施例1隔膜制成锂离子电池容量高,为1185.8mah(0.5c),内阻低,为37.8mω。

图1为本发明实施例1制备的锂离子电池隔膜扫描电镜图;图2为使用本发明实施例1制备的锂离子电池隔膜的锂离子电池充放电图。

实施例1与对比例1-3相比,celguard16μm隔膜为pp/pe/pp三层合拼隔膜纸,其它均是单层pp隔膜。如图2所示,使用实施例1隔膜制成的电池40c充放电效率均达到90%,放电平台电压达2.5v,且无明显极化现象。随着放电倍率增大,容量降低较少,由表1透气性看到隔膜孔径密集可以抑制充放电过程中气体产生对电极的腐蚀,因而高倍率放电容量降低少。隔膜孔径较均匀,表面较光滑,因而表现较好的电化学性能。如图1所示,扫描电镜图看到隔膜孔是独立的,单向拉伸,且在电池高倍率充放电过程中,由于放电电流大,由于欧姆热效应,电池内部产生很大的热量,过高的温度对隔膜大电流充放电性能产生很大影响,本发明实施例1的隔膜从微孔闭孔到隔膜熔融破裂温度范围较宽,在电流切断后一个较宽的温度范围内仍能保持较好的力学性能,安全性能好。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明,然而应意识到,在不背离本发明的精神和范围的情况下可作出许多其它的更改和修改。因此,这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

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