一种隔膜及含有该隔膜的电池的制作方法

本发明属于电池，具体涉及一种隔膜及含有该隔膜的电池。

背景技术：

1、锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、使用温度较宽、使用寿命长、环境友好度高等优点，而在移动电话、笔记本电脑、智能穿戴、电动工具、储能项目以及电动汽车等领域具有广泛应用。然而，随着对锂离子电池能量密度的要求越来越高，其工作电压也越来越高，进而导致锂离子电池的安全风险也越来越大。

2、聚烯烃(po)隔膜因具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价等特点，是目前最常用的锂离子电池隔膜材料。然而聚烯烃隔膜耐热性能较差，比如5μm的聚乙烯(pe)湿法隔膜在130℃保温1h，隔膜md和td方向热收缩均≥50％。由于隔膜耐热性能差，导致电芯受热时，隔膜会出现热收缩过大从而致使正负极内部短路而引发电芯热失控。目前，通过在聚烯烃隔膜表面添加陶瓷涂覆层，可以明显改善隔膜耐热性能，最终提升电芯的热安全性能。但是，目前由陶瓷涂覆隔膜制备的锂离子电池，在135℃-1h热冲击条件下，仍然易发生隔膜热收缩而致使电芯内短路而失效。

3、采用耐高温聚合物制备锂离子电池隔膜，则可以显著提升隔膜的耐热性能。如聚酰亚胺隔膜，在150℃保温1h，隔膜md方向热收缩≤3％，td方向热收缩≤3％，且隔膜的机械强度变化不大。因此，使用聚酰亚胺隔膜，可以使电芯的热安全性能大幅提升。但是，目前的耐高温聚合物隔膜(如聚酰亚胺隔膜)，普遍存在拉伸强度较弱的缺点。如由湿法制膜工艺制备的10.9μm的聚酰亚胺隔膜沿md方向的拉伸强度为49mpa，沿td方向的拉伸强度为36mpa，其拉伸强度远低于相同厚度由湿法制膜工艺制得的pe隔膜的拉伸强度。如果进一步降低上述聚酰亚胺隔膜的厚度，则隔膜的拉伸强度将进一步降低。

4、然而，耐高温聚合物隔膜拉伸强度过低，将会使得隔膜在加工和电芯卷绕过程中发生隔膜断裂失效的风险大大增加，从而造成生产停机，严重影响生产效率。因此，如何在保证耐高温聚合物隔膜耐热性能的前提下，提升隔膜的拉伸强度成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了改善上述技术问题，本发明提供一种隔膜以及含有该隔膜的电池，所述隔膜具有高强度耐高温的特性，含有该隔膜的电池具有显著提高的安全性能。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种隔膜，所述隔膜包含至少一层耐高温膜层和至少一层高强度膜层；所述隔膜同时满足下述三组条件：

4、1)所述隔膜沿md方向的拉伸强度≥60mpa，沿td方向的拉伸强度≥60mpa；

5、2)所述隔膜在150℃保温1h，沿md方向的尺寸热收缩≤10％，沿td方向的尺寸热收缩≤10％；

6、3)所述隔膜在150℃保温1h，沿md方向的拉伸强度≥20mpa，沿td方向的拉伸强度≥20mpa。

7、本发明的隔膜中包括至少一层耐高温膜层和至少一层高强度膜层复合而成的结构。在高温环境下，所述耐高温膜层可以保持尺寸稳定性和机械性能稳定性，进而防止电芯内短路引发的热失控失效；在隔膜涂布加工、隔膜分切加工或者电芯卷绕加工过程中，高强度膜层可以抵抗外力的作用，以防止隔膜断裂，从而保证生产正常进行，以提升效率。通过耐高温膜层和高强度膜层二者的协同作用，获得了兼具高强度和耐高温特性的复合隔膜。

8、根据本发明，所述耐高温膜层采用的耐高温聚合物材料选自聚酰胺(示例性地可以选自间位芳纶、对位芳纶等)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、共聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚芳醚、聚苯并唑类、聚酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚丙烯(pp)及由前述聚合物衍生的共混、共聚或改性聚合物中的至少一种。

9、根据本发明，所述高强度膜层采用的材料选自聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚酯、聚酰胺、聚对苯甲酰胺、共聚醚酮、聚芳醚、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物及由前述聚合物衍生的共混、共聚或改性聚合物中的至少一种。

10、根据本发明，所述耐高温膜层与所述高强度膜层之间的复合结构可以选自直接复合、间接复合中的至少一种。

11、本发明中，所述直接复合是指所述耐高温膜层和所述高强度膜层直接复合在一起，即耐高温膜层与高强度膜层中间没有其他膜层或涂层。

12、本发明中，所述间接复合是指所述耐高温膜层和所述高强度膜层之间还具有其他膜层或涂层。

13、根据本发明，所述耐高温膜层和所述高强度膜层的复合添加粘结剂或不添加粘结剂。

14、根据本发明，所述粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯(pvdf)及其改性物或共聚物(例如偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物等)、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯(如聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯等)、聚丙烯酸、丁苯橡胶(sbr)、聚乙烯醇、共聚改性聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、酚醛树脂、环氧树脂、水性聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、多元丙烯酸类共聚物、聚苯乙烯磺酸锂、纯苯乳胶、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚偏二氟乙烯-氯代三氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧乙烷、醋酸纤维素、醋酸丁酯纤维素、醋酸丙酯纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖及由前述聚合物衍生的共混、共聚或改性聚合物中的至少一种。

15、根据本发明，所述耐高温膜层的层数至少为一层，例如可以为一层、二层或更多层。

16、根据本发明，所述高强度膜层的层数至少为一层，例如可以为一层、二层或更多层。

17、根据本发明，所述耐高温膜层与所述高强度膜层的体积比为1/5～5/1。优选地，所述耐高温膜层与所述高强度膜层的体积比为1/3～3/1。

18、根据本发明，所述隔膜的总厚度控制在3μm～50μm。

19、本发明还提供上述隔膜的制备方法，包括如下步骤：

20、将所述耐高温膜层和所述高强度膜层通过粘结剂复合或无粘接剂复合，得到所述隔膜。

21、根据本发明，隔膜总厚度控制在3μm～50μm。

22、本发明还提供上述隔膜在电池中的应用。

23、根据本发明，所述电池例如为锂离子电池、钠离子电池等。

24、本发明还提供一种电池，其含有上述隔膜。

25、根据本发明，所述电池例如为锂离子电池、钠离子电池等。

26、根据本发明，所述电池还含有正极片、负极片和电解液。电池的电芯中，所述隔膜的高强度膜层更靠近负极片一侧。通过将高强度膜层设置在更靠近负极片一侧，可以防止隔膜被负极表面结晶锂刺穿而导致的电芯内短路失效。

27、本发明还提供上述电池的制备方法，包括将上述正极片、隔膜、负极片通过卷绕得到未注液的裸电芯；将裸电芯置于包装外壳(如铝塑膜包装外壳)中，将电解液注入到真空干燥后的裸电芯中，经过化成、二封、分选等工序，制得所述电池。

28、根据本发明，所述隔膜制备电芯时，所述隔膜的高强度膜层更靠近负极片一侧，可以防止隔膜被负极表面的锂金属结晶刺穿，导致电芯内短路失效。

29、本发明的有益效果：

30、(1)本发明的隔膜兼具高强度和耐高温的特性，能显著提高的电池(如锂离子电池、钠离子电池等)的安全性能。所述隔膜包含至少一层耐高温膜层和至少一层高强度膜层，所述隔膜同时满足下述三组条件：

31、1)所述隔膜沿md方向的拉伸强度≥60mpa，沿td方向的拉伸强度≥60mpa；

32、2)所述隔膜在150℃保温1h，沿md方向的尺寸热收缩≤10％，沿td方向的尺寸热收缩≤10％；

33、3)所述隔膜在150℃保温1h，沿md方向的拉伸强度≥20mpa，沿td方向的拉伸强度≥20mpa。

34、(2)本发明的隔膜具有至少一层耐高温膜层和至少一层高强度膜层复合而成的结构，在高温条件下，所述耐高温膜层可以保持尺寸稳定性和机械强度稳定性，以防止电芯内短路而失效，进而改善电芯的热安全性能；在隔膜涂布加工、隔膜分切加工或者电芯卷绕加工过程中，高强度膜层能够抵抗外力的作用，进而保证隔膜不发生断裂，以保证生产正常进行，进而提升生产效率。通过耐高温膜层和高强度膜层二者的协同作用，获得了兼具高强度和耐高温特性的隔膜。