一种复合隔膜以及含有该复合隔膜的动力钛酸锂电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及动力钛酸锂电池技术领域，尤其涉及一种复合隔膜以及含有该复合隔 膜的动力钛酸锂电池。
【背景技术】
[0002] 钛酸锂电池因其出色的循环性能和倍率性能，近年来得到了飞速发展，但钛酸锂 电池的安全性一直是制约其发展的关键问题。电池中隔膜正是关乎电池安全性的关键组成 部分。隔膜是具有多孔结构的电绝缘性薄膜，作用是隔离电池正极和负极，并使电池内的电 子不能自由穿过，但同时又能够让离子在正负极间自由通过。因此电池隔膜需要具有优良 的电绝缘性、高离子通过率、良好的机械性能、耐溶剂性能、耐高温性能、高润湿性能等。
[0003] 目前钛酸锂电池隔膜的材料主要为具有微孔结构的聚烯烃薄膜，聚烯烃隔膜的热 闭合效应对电池的安全性起到了关键作用，当电池内部温度升高，隔膜中的低熔点聚合物 会首先出现熔融而闭合隔膜中的微孔，使得离子通道被阻断，可以防止由于过热发生反应 而导致爆炸。但是实际上，单层聚合物的隔膜材料，当达到热闭合温度时，虽然熔融闭合了 孔洞，但却由于外部环境，温度还会出现进一步升高的情况，使得整个隔膜材料出现破坏， 从而发生爆炸。
[0004] 为了解决这种问题，多层复合的隔膜得到了发展，授权公告号CN 203910894 U，授 权公告日2014年10月29日的中国专利公开了一种耐温性安全锂离子电池隔膜，包括聚烯 烃层和复合在聚烯烃层上、下表面的第一陶瓷涂层，聚烯烃层上均匀设有通孔，通孔内壁上 设有第二陶瓷涂层，孔隙率为40-55% ;聚烯烃层厚为6-30微米；第一陶瓷涂层厚为1-10 微米。采用该电池隔膜制造的锂离子电池具有较好的安全性；该锂离子电池隔膜孔隙率高， 具有很好的力学性能和耐温性能。
[0005] 但该专利也存在不足之处：在聚烯烃层的上下表面涂覆了陶瓷涂层后，在一定程 度上影响了隔膜对电解液的润湿性，从而进一步影响电池的循环性能和倍率性能。
[0006] 海泡石是一种纤维状的粘土矿物，内部具有多孔结构，因为具有优异的吸附性能， 此外还拥有良好的隔热、绝缘、抗腐蚀、热稳定性能。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种安全性高、润湿性优异、耐温性和力学 性能好的复合隔膜以及含有该隔膜的动力钛酸锂电池，该电池有着出色的循环性能、倍率 性能和安全性。
[0008] 本发明的具体技术方案为：一种复合隔膜，为具有三层结构的复合膜，其中中间层 为隔膜基材，所述隔膜基材为高保湿薄膜或高保湿无纺布，所述高保湿薄膜或高保湿无纺 布的材料为复合有纳米海泡石的聚丙烯、聚乙烯或饱和聚酯，复合隔膜的上层与下层为无 机物涂层。
[0009] 所述复合隔膜上均匀分布有孔径为100-300纳米的微孔，复合隔膜的孔隙率为 35% -65%。
[0010] 复合隔膜的中间层的材料为复合有纳米海泡石的聚丙烯、聚乙烯或饱和聚酯，聚 丙烯、聚乙烯或饱和聚酯是常用的电池隔膜材料，价格低廉，具有良好的热闭合效应，且具 有一定的机械强度，无机物涂层能够提高隔膜的抗拉伸强度以及耐热性能，即使电池内部 温度升高到一定程度，由于涂层的保护，隔膜基材也不会被完全破坏而导致电池短路，增加 了电池的安全性能，但是隔膜基材厚度较薄时，对电解液的浸润性能和吸湿性能比较一般， 如果再在其上下表面再涂覆有涂层，在一定程度上阻隔了电解液通过隔膜基材，浸润性能 和吸湿性能进一步下降，会增加电池内阻，影响电池性能。而在隔膜基材中复合了纳米海泡 石后，可以解决这一问题。海泡石是一种纤维状的粘土矿物，内部具有多孔结构具有及其优 异的吸附性能，电解液接触隔膜基材后，能够快速扩散到微孔结构中，从而被迅速吸收，如 此，隔膜的离子通过率大大提高，电池内阻减小，其循环性能和倍率性能也得到提升，此外 海泡石还拥有良好的隔热、绝缘、抗腐蚀、热稳定性能，进一步增强了电池的安全性。
[0011] 作为优选，所述隔膜基材的厚度为10-30微米。隔膜基材不宜太薄，否则影响其对 电解液的保湿性和机械强度，隔膜基材也不宜过厚，否则太厚会占有过多体积，影响电解液 的储存容量。
[0012] 作为优选，所述高保湿薄膜或高保湿无纺布中纳米海泡石的质量含量为 l〇-30wt% 〇
[0013] 作为优选，所述无机物涂层为二氧化锆、二氧化钛、二氧化硅或三氧化二铝的一种 或几种。
[0014] 作为优选，所述无机物涂层的厚度为1-5微米。无机物涂层不宜过厚，否则容易影 响隔膜的离子通过率和对电解液的浸润性能。
[0015] 本发明还提供了一种含有上述复合隔膜的动力钛酸锂电池，包括呈方形的铝塑外 包装壳以及设于所述铝塑外包装壳内的正极片、负极片、复合隔膜和电解液，所述复合隔膜 呈Z字型折叠成若干层，每两层复合隔膜之间设有正极片或负极片，正极片与负极片相互 间隔分布，所述电解液填充于复合隔膜与正极片、负极片的间隙之中，正极片和负极片的同 一侧边缘上设有极耳，所述极耳贯穿铝塑外包装壳且位于铝塑外包装壳的外部。
[0016] 与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明提供的电池复合隔膜，具有三层复 合结构，上层和下层的无机物涂层能够加强隔膜的耐温性和抗拉伸性能，安全性好；中间层 对电解液具有优异的浸润性能和保湿性能，解决了上下两涂层对中间层浸润性能和保湿性 能影响的问题。含有该复合隔膜的动力钛酸锂电池，安全性高、循环性能和倍率性能突出。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明中复合隔膜的一种结构示意图； 图2是本发明中动力钛酸锂电池内部的一种结构示意图。
[0018] 附图标记为：隔膜基材1、隔膜上层2、隔膜下层3、复合隔膜4、正极片5、负极片6。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0020] 实施例1 如图1所示：一种复合隔膜，为具有三层结构的复合膜，其中间层为厚度为20微米的隔 膜基材1，所述隔膜基材1为复合有纳米海泡石的聚丙烯薄膜，其中纳米海泡石的质量含量 为 20wt%。
[0021] 复合隔膜的上层2与下层3为厚度为3微米的二氧化锆涂层。复合隔膜上均匀分 布有孔径为200纳米的微孔，复合隔膜的孔隙率为50 %。
[0022] 如图2所示，一种含有上述复合隔膜的动力钛酸锂电池，容量为20Ah，包括呈方形 的铝塑外包装壳以及设于所述铝塑外包装壳内的正极片5、负极片6、复合隔膜4和电解液， 所述复合隔膜4呈Z字型折叠成八层，每两层复合隔膜4之间设有正极片5或负极片6,正 极片5与负极片6相互间隔分布，所述电解液填充于复合隔膜4与正极片5、负极片6的间 隙之中，正极片5和负极片6的同一侧边缘上设有极耳，所述极耳贯穿铝塑外包装壳且位于 铝塑外包装壳的外部。
[0023] 实施例2 如图1所示，一种复合隔膜，为具有三层结构的复合膜，其中间层为厚度为10微米的隔 膜基材1，所述隔膜基材1为复合有纳米海泡石的聚乙烯薄膜，其中纳米海泡石的质量含量 为 10wt%。
[0024] 复合隔膜的上层2与下层3为厚度为1微米的二氧化钛涂层。复合隔膜上均匀分 布有孔径为100纳米的微孔，复合隔膜的孔隙率为35%。
[0025] 如图2所示，一种含有上述复合隔膜的动力钛酸锂电池，容量为20Ah，包括呈方形 的铝塑外包装壳以及设于所述铝塑外包装壳内的正极片5、负极片6、复合隔膜4和电解液， 所述复合隔膜呈Z字型折叠成八层，每两层复合隔膜之间设有正极片或负极片，正极片与 负极片相互间隔分布，所述电解液填充于隔膜与正极片、负极片的间隙之中，正极片和负极 片的同一侧边缘上设有极耳，所述极耳贯穿铝塑外包装壳且位于铝塑外包装壳的外部。
[0026] 实施例3 如图1所示，一种复合隔膜，为具有三层结构的复合膜，其中间层为厚度