一种锂电池用新型复合隔膜的制作方法

本实用新型涉及电池隔膜技术领域，特别涉及一种锂电池用新型复合隔膜。

背景技术：

隔膜是锂电池必不可少的内层组件之一，尽管并不参与电池中的电化学反应，但电池的容量、循环性能和充放电电流密度等关键性能都与隔膜有着直接的关系，隔膜性能的改善对提高锂电池的综合性能起着重要作用。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。

中国专利号cn201620780950.5公开了一种新型超高分子聚乙烯锂电池复合隔膜，包括聚烯烃树脂基体，所述聚烯烃树脂基体两侧表面分别设置有超高分子聚乙烯层，所述超高分子聚乙烯层上设置有第一微孔，且该超高分子聚乙烯表面设置有至少一层聚氧乙烯亲水层，所述聚氧乙烯亲水层上设有分区导热隔条，所述分区导热隔条将聚氧乙烯亲水层分割为若干完全独立的散热区，且该聚氧乙烯亲水层上设置有第二微孔，所述聚氧乙烯亲水层上表面设置有聚酯无纺布膜，所述聚酯无纺布膜上表面设置有润滑层。该实用新型通过间隔分布的导热隔条进行导热，与超高分子聚乙烯层的接触面积小，电池发热量过大时，热量无法及时传递并分散到整体，散热效率低；其次，隔膜的的热稳定性较差，在较高的温度下和外界的冲击下易变形破损，而导致正负极材料接触发生短路，对锂离子电池的使用安全性带来较大的隐患。

技术实现要素：

针对以上现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种锂电池用新型复合隔膜，通过含碳纳米管的导电层和陶瓷散热层配合，由于碳纳米管热导率高，可将热量迅速传导并分散到整个陶瓷散热层，使复合隔膜内积聚的大量热量散发出去，可抑制聚烯烃多孔基膜局部发生热收缩，降低电池发生短路的风险。波浪形结构增大了有效散热面积，进一步提高了导热性能和散热性能。

为实现上述目的，本实用新型具体通过以下技术实现：

一种锂电池用新型复合隔膜，包括呈波浪形的聚烯烃多孔基膜、位于所述聚烯烃多孔基膜外侧的导电层以及位于所述导电层外的陶瓷散热层，所述导电层由cnt浆料涂覆形成，所述导电层的表面设有一体成型的凸起，所述凸起与所述聚烯烃多孔基膜的波浪形结构相适配。

采用上述的技术方案：cnt浆料含有碳纳米管(cnt)，拥有良好的的导电性，可有效促进电子传输，且碳纳米管具有高模量和高强度，硬度与金刚石相当，还拥有良好的柔韧性和传热性能。当锂电池因受穿刺、撞击、挤压或长时间工作等而发生局部过热时，碳纳米管热导率高，可将聚烯烃多孔基膜局部受到的热量迅速传导并分散到整个陶瓷散热层，从而有效提高聚烯烃多孔基膜的导热性能和散热性能，抑制聚烯烃多孔基膜局部发生热收缩，进而降低电池发生短路的风险。且导电层的表面具有凸起，与聚烯烃多孔基膜的波浪形结构相适配，增大了接触面积，进一步提高了导热性能和散热性能。其次，聚烯烃多孔基膜呈波浪形，抗挠曲能力强，有利于其变形适应外界的冲击以及高温下的收缩，而在其变形后，会压迫与之相接的碳纳米管，使碳纳米管发生变形，而碳纳米管的韧性及回弹力可以起到支撑聚烯烃多孔基膜的作用，将热收缩应力和冲击力快速分散传递至整个导电层；因此，波浪形结构配合碳纳米管材料显著改善了聚烯烃多孔基膜的抗压强度和热稳定性，大大提升了聚烯烃多孔基膜的强度，有利于延长复合隔膜的使用寿命。本实用新型中，导电层和陶瓷散热层可以涂覆于聚烯烃多孔基膜单层或者双层表面，优选涂覆于双层表面。

进一步的，所述导电层中碳纳米管的直径为50nm～500nm，长度为400nm～100μm；碳纳米管具有较大的长径比，不易于嵌入到聚烯烃多孔基膜的微孔中，从而不会堵塞微孔通道，有利于锂离子的传导。

进一步的，所述导电层的凸起处厚度为8～10μm，所述导电层的凹陷处为2～4μm。

进一步的，所述陶瓷散热层的厚度为2～4μm。

进一步的，所述聚烯烃多孔基膜的厚度为15-32μm。

采用上述的技术方案：导电层太薄而无法降低基膜的热收缩性，高温条件下正负极易短路而迅速积聚大量热，引起电池燃烧或爆炸；当导电层的厚度过大时，增大了基膜微孔堵塞的可能性，使孔隙率减小，会影响整个电池的能量密度。同样的，当陶瓷散热层小于2μm，其耐热性能和散热效果较差，复合隔膜发生局部过热时容易发生破裂；而当陶瓷散热层厚度大于6μm，陶瓷散热层的孔径及孔隙率过小，会使得导致电池的能量密度偏小。因此，通过大量实验优选得到导电层、陶瓷散热层和聚烯烃多孔基膜的厚度，得到的复合隔膜具有高的孔隙率，可耐高温，在较长时间的高温处理下，散热效果良好，不会发生明显的热收缩现象。

进一步的，所述陶瓷散热层外设有凹凸层，所述凹凸层为聚氧乙烯亲水层。凹凸层的结构增大了复合隔膜表面与电解液的接触面积，提高了离子通透性，增加了锂电池的功率；而聚氧乙烯亲水层由聚氧乙烯材料制成，提高了复合隔膜表面的亲水性，有利于协助电解液导通锂离子。

进一步的，所述聚烯烃多孔基膜、导电层和陶瓷散热层的组合体边缘包裹有玻璃纤维布带。设置有玻璃纤维布带使复合隔膜各层间形成一个整体，不产生散层的现象。

本实用新型的有益效果是：

1、通过含碳纳米管的导电层和陶瓷散热层配合，由于碳纳米管热导率高，可将热量迅速传导并分散到整个陶瓷散热层，使复合隔膜内积聚的大量热量散发出去，可抑制聚烯烃多孔基膜局部发生热收缩，降低电池发生短路的风险。波浪形结构增大了有效散热面积，进一步提高了导热性能和散热性能。

2、聚烯烃多孔基膜的波浪形结构配合碳纳米管材料，使得聚烯烃多孔基膜的收缩形变和压迫形变可由碳纳米管分散消耗，改善了聚烯烃多孔基膜的抗压强度和热稳定性，大大提升了聚烯烃多孔基膜的强度，有利于延长复合隔膜的使用寿命。

3、增设聚氧乙烯亲水层制备的凹凸层，提高了复合隔膜表面的亲水性和与电解液的接触面积，有利于提高离子通透性，增加锂电池的功率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1的锂电池用新型复合隔膜的结构示意图；

图中，1、聚烯烃多孔基膜；2、导电层；3、陶瓷散热层；4、玻璃纤维布带；5、凸起；6、凹凸层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

一种锂电池用新型复合隔膜，参见图1，包括呈波浪形的聚烯烃多孔基膜1，所述聚烯烃多孔基膜1的外侧设有导电层2，所述导电层2的外侧设有陶瓷散热层3；所述聚烯烃多孔基膜1、导电层2与陶瓷散热层3上均含有微孔结构，所述微孔孔径为0.01-0.07μm，且所述聚烯烃多孔基膜1、导电层2与陶瓷散热层3上的微孔相互贯通，保障锂离子的透过性能。所述聚烯烃多孔基膜1、导电层2和陶瓷散热层3的组合体边缘包裹有玻璃纤维布带4，使复合隔膜各层间形成一个整体，不产生散层的现象。所述导电层2的表面设有一体成型的凸起5，所述凸起5与所述聚烯烃多孔基膜1的波浪形结构相适配，增大了有效散热面积，可提高导热性能和散热性能。导电层2和陶瓷散热层3可以涂覆于聚烯烃多孔基膜1单层或者双层表面，优选涂覆于双层表面，本实施例中，图1中所示为涂覆于双层表面。

所述聚烯烃多孔基膜1由聚丙烯、聚乙烯中的一种或多种制成；所述聚烯烃多孔基膜1的厚度为15-32μm；用于阻隔电池正负极。

所述导电层2由cnt浆料(购自中国科学院成都有机化学有限公司)涂覆形成，所述cnt浆料中含有碳纳米管，所述碳纳米管的直径为50nm～500nm，长度为400nm～100μm，较大的长径比可使纳米管不嵌入到聚烯烃多孔基膜1的微孔中，不堵塞微孔通道；所述导电层2的凸起5处厚度为8～10μm，所述导电层2的凹陷处为2～4μm；在该厚度下，导电层2的导电性能良好，具有优异的导热散热性能。

所述陶瓷散热层3由碳化硅、氧化铍、氮化铝和立方氮化硼中的一种或多种制成，陶瓷散热层3的导热系数≥80w/(m·k)，导热系数高，使得导热散热效果好；所述陶瓷散热层3的厚度为2～4μm；在该厚度下，陶瓷散热层3具有优异的导热散热性能，且电池的能量密度高。

进一步优选的，所述陶瓷散热层3外设有凹凸层6，所述凹凸层6为聚氧乙烯亲水层。聚氧乙烯亲水层提高了复合隔膜表面的亲水性，凹凸层6的结构增大了复合隔膜表面与电解液的接触面积，两方面作用，有利于提高离子通透性，增加锂电池的功率。

采用上述的技术方案：当锂电池发热量大时，碳纳米管热导率高，可将热量迅速传导并分散到整个陶瓷散热层3，使复合隔膜内积聚的大量热量经陶瓷散热层3散发出去，抑制聚烯烃多孔基膜1局部发生热收缩，降低电池发生短路的风险。另一方面，波浪形的聚烯烃多孔基膜1具有强的抗挠曲能力，而碳纳米管具有优异的韧性及回弹力，因此，聚烯烃多孔基膜1的收缩形变和压迫形变可由碳纳米管分散消耗，改善了聚烯烃多孔基膜1的抗压强度和热稳定性。而且，通过大量实验优选得到导电层2、陶瓷散热层3和聚烯烃多孔基膜1的厚度，得到的复合隔膜具有高的孔隙率，孔隙率高达30-80％，透气性为600-1200s/100ml，且可耐高温，在较长时间的高温处理下，散热效果良好，不会发生明显的热收缩现象；闭孔温度为150-165℃，破膜温度大于190℃。