專利名稱：一種鋰離子隔膜及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種隔膜，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種含有均
勻分散無(wú)機(jī)填料、基體為聚合物的隔膜。本發(fā)明還涉及到該隔膜的應(yīng)用。
該隔膜克服了目前現(xiàn)有隔膜安全性差的缺點(diǎn)，同時(shí)又克服了目前在隔膜表面涂覆一層
陶瓷粒子而造成加工性差的缺點(diǎn)，并具有良好的安全性能、加工性能和電化學(xué)性能，提
高了隔膜及其應(yīng)用的鋰離子電池的安全性能。本發(fā)明操作性強(qiáng)，重現(xiàn)性好，所得的產(chǎn)
品質(zhì)量穩(wěn)定，性能優(yōu)良。
背景技術(shù)：
眾所周知，鋰離子電池(包括使用聚合物電解質(zhì)的聚合物鋰離子電池)具有能量密 i高、比功率大、循環(huán)性能好、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染等特點(diǎn)(參見吳宇平，戴曉兵， 馬軍旗，程預(yù)江.《鋰離子電池一應(yīng)用與實(shí)踐》.北京化學(xué)工業(yè)出版社，2004年； 吳宇平，張漢平，吳鋒，李朝暉，《聚合物鋰離子電池》，北京化學(xué)工業(yè)出版社，2007 年)，因此它們的發(fā)展非常迅速。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，希望鋰離子電池的容量能 夠作得更大。然而鋰離子電池容量大了以后，由于充放電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量更多，從 而造成更嚴(yán)重的安全問(wèn)題。其中主要的問(wèn)題是隔膜在受熱情況下(例如
W02005/061599)，導(dǎo)致熔融，使正極、負(fù)極之間容易短路，產(chǎn)生燃燒甚至爆炸，因?yàn)?常用的隔膜為聚乙烯、聚丙烯或它們的復(fù)合物。因此，限制了電動(dòng)汽車的推廣和應(yīng)用。 為了解決上述問(wèn)題，德國(guó)德古薩公司在CN1679185申請(qǐng)中公開了一種隔膜，該隔 膜中含有多孔的無(wú)機(jī)電絕緣涂層。這樣在加熱過(guò)程中，即使隔膜的聚合物基體熔化了， 無(wú)機(jī)電絕緣涂層的存在還可以有效防止正極和負(fù)極之間的短路，從而大大提高了安全 性能。然而該方法存在一些缺點(diǎn)，例如涂覆在聚合物隔膜表面的陶瓷粒子很容易從聚 合物基體發(fā)生剝離、且涂覆的均勻性不易控制；如果將無(wú)機(jī)電絕緣涂層置于隔膜中間， 則更是非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前現(xiàn)有隔膜安全性差的缺點(diǎn)，同時(shí)又克服了目前在隔膜中加入一層多 孔的無(wú)機(jī)電絕緣涂層而造成加工性差的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種加工性能好、安全性 能也好的隔膜。
3本發(fā)明提出的電池隔膜，以聚合物為基體，并含有均勻分散的無(wú)機(jī)填料；
上述的聚合物基體為自由基聚合物或線形縮聚物。所述的自由基聚合物為聚乙烯、 聚丙烯、聚苯乙烯或聚丙烯腈，或它們的共聚物，或它們的共混物。所述的線型縮聚 物為尼龍、聚酯或聚氨酯，或它們的共聚物或它們的共混物。
上述的無(wú)機(jī)填料為氧化鋁、氧化硅或氧化鋯，或它們的混合物。無(wú)機(jī)填料的平均 粒徑為2nm-3pm，可以是多孔的或空心的。所述無(wú)機(jī)填料的重量百分比為聚合物基體 的0. lwt.%-20wt.%。
上述的隔膜為多孔的，孔隙率為10%-80%，孔徑為20nm-3 (^m。
上述隔膜的厚度為5 pm - 200 nm。
由于隔膜中含有均勻分散無(wú)機(jī)填料，隔膜的安全性能良好，同時(shí)還具有良好的加 工性能。
由本發(fā)明提供的隔膜，可以用于鋰離子電池。且本發(fā)明操作性強(qiáng)，重現(xiàn)性好，質(zhì) 量穩(wěn)定，性能優(yōu)良。
號(hào)體實(shí)施方式
下面將通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受限于這些實(shí)施例。
對(duì)比例1
以孔隙率為60%、平均孔徑為100nm、厚度為25nm、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層 復(fù)合膜作為隔膜，以LiMnA作為正極的活性物質(zhì)，以人造石墨作為負(fù)極的活性物質(zhì)， 組裝后，按照目前已知的工藝加入1M LiPFe的EC/DEC/DMC (重量比1/1/1)有機(jī)電解 液，化成、封口，得到容量為20Ah鋰離子電池。內(nèi)阻偏差超過(guò)平均值20%的電池為0%。 , 安全測(cè)試將上述鋰離子電池放置在120'C的烘箱中1小時(shí)，電池就發(fā)生明
顯膨脹，4小時(shí)后發(fā)生起火、燃燒。
對(duì)比例2
除了隔膜的兩面涂覆一層厚度為20mn的氧化鋁陶瓷粒子，其它條件與對(duì)比例1 相同，得到容量為20Ah的鋰離子電池。內(nèi)阻偏差超過(guò)平均值20%的電池有5%。電池剖 析結(jié)果表明，主要原因?yàn)樘沾闪Ｗ右装l(fā)生剝離或脫落。安全測(cè)試將上述鋰離子電池放置在120'C的烘箱中4小時(shí)，電池就發(fā)生明顯膨 脹，12小時(shí)后沒(méi)有發(fā)生起火、燃燒。
實(shí)施例1
隔膜的基體為聚乙烯，填料為氧化鋁陶瓷粒子。氧化鋁陶瓷粒子重量比(相對(duì)于聚 合物基體而言)為5wt.%。隔膜的平均孔徑為100nm，孔隙率為60%，厚度為25微米， 其它條件與對(duì)比例l或2相同，生產(chǎn)容量為20 Ah的鋰離子電池。經(jīng)測(cè)試，內(nèi)阻偏差 超過(guò)平均值10%的電池為0%。
" 安全測(cè)試將上述鋰離子電池放置在120'C的烘箱中6小時(shí)，電池明顯發(fā)生明顯 膨脹，12小時(shí)后沒(méi)有發(fā)生起火、燃燒。
實(shí)施例2
隔膜的基體為聚乙烯與聚丙烯共混物膜，填料為氧化鋯陶瓷粒子。氧化鋯陶瓷粒 子重量比(相對(duì)于聚合物基體而言)為12wt.%。隔膜平均孔徑為20nm，孔隙率為30%， 厚度為35微米，其它條件與實(shí)施例l相同，生產(chǎn)容量為20Ah的鋰離子電池。經(jīng)測(cè)試， 內(nèi)阻偏差超過(guò)平均值10%的電池為0%。
安全測(cè)試將上述鋰離子電池放置在120'C的烘箱中6小時(shí)，電池明顯發(fā)生明顯 膨脹，12小時(shí)后沒(méi)有發(fā)生起火、燃燒。
實(shí)施例3
隔膜的基體為尼龍66膜，填料為空心氧化硅陶瓷粒子，空心氧化硅陶瓷粒子重量 比(相對(duì)于聚合物基體而言)為lwt.%。隔膜平均孔徑為500nm，孔隙率為80%，厚度為 IOO微米，其它條件與實(shí)施例l相同，生產(chǎn)容量為20 Ah的鋰離子電池。經(jīng)測(cè)試，內(nèi) 阻偏差超過(guò)平均值10%的電池為0%。
安全測(cè)試將上述鋰離子電池放置在15(TC的烘箱中6小時(shí)，電池明顯發(fā)生明顯 膨脹，12小時(shí)后沒(méi)有發(fā)生起火、燃燒。
實(shí)施例4
隔膜的基體為聚氨酯膜，填料為空心氧化硅陶瓷粒子，空心氧化硅陶瓷粒子重量 比(相對(duì)于聚合物基體而言)為8wt.%。隔膜平均孔徑為80nm，孔隙率為25%，厚度為IO微米，其它條件與實(shí)施例l相同，生產(chǎn)容量為20 Ah的鋰離子電池。經(jīng)測(cè)試，內(nèi)阻 偏差超過(guò)平均值10%的電池為0%。
安全測(cè)試將上述鋰離子電池放置在150。C的烘箱中6小時(shí)，電池明顯發(fā)生明顯 膨脹，12小時(shí)后沒(méi)有發(fā)生起火、燃燒。
實(shí)施例5
隔膜的基體為聚氨酯和尼龍6共混膜，填料為氧化硅和氧化鋁陶瓷粒子，氧化硅 陶瓷粒子重量比(相對(duì)于聚合物基體而言)為lwt.%，氧化鋁陶瓷粒子重量比(相對(duì)于聚 合物基體而言)為3wt.%。隔膜平均孔徑為300咖，孔隙率為60%，厚度為15微米，其 它條件與實(shí)施例l相同，生產(chǎn)容量為20 Ah的鋰離子電池。經(jīng)測(cè)試，內(nèi)阻偏差超過(guò)平 均值10%的電池為0%。
安全測(cè)試將上述鋰離子電池放置在15(TC的烘箱中6小時(shí)，電池明顯發(fā)生明顯 膨脹，12小時(shí)后沒(méi)有發(fā)生起火、燃燒。
通過(guò)上述對(duì)比例和實(shí)施例之間的對(duì)比，可以看出本發(fā)明的隔膜不僅具有良好的安 全性能，還具有良好的加工性能，制備的鋰離子電池內(nèi)阻一致性高。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池隔膜，其特征在于膜的基體為聚合物，并含有均勻分散的無(wú)機(jī)填料；所述的聚合物基體為自由基聚合物或線形縮聚物；其中，自由基聚合物為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚丙烯腈，或它們的共聚物或它們的共混物；線型縮聚物為尼龍、聚酯或聚氨酯，或它們的共聚物或它們的共混物；所述的無(wú)機(jī)填料為氧化鋁、氧化硅或氧化鋯，或它們的混合物；無(wú)機(jī)填料的重量百分比為聚合物基體的0.1wt.％-20wt.％.
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的隔膜，其特征在于所述的填料的平均粒徑為2nm-3pm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的隔膜，其特征在于所述的填料是多孔的或空心的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的隔膜，其特征在于為多孔的，孔隙率為 10%-80%，孔徑為20nm-3 膜厚度為5 pm - 200 pm。
5. —種如權(quán)利要求l所述的隔膜在鋰離子電池中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種鋰離子電池隔膜及其應(yīng)用。該隔膜以聚合物為基體，含有均勻分散、具有阻燃的無(wú)機(jī)填料。該聚合物為自由基聚合物或線形縮聚物，無(wú)機(jī)填料為氧化鋁、氧化鋯、氧化硅等。該隔膜具有良好的安全性能和高的機(jī)械強(qiáng)度，能防止氣脹、燃燒和爆炸。本發(fā)明操作性強(qiáng)，成本較其它方法低，重現(xiàn)性好，所得的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，體積容量密度高?？捎糜阡囯x子電池。
文檔編號(hào)H01M2/16GK101567434SQ20091005248
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者吳宇平, 鵬 張, 李琳琳, 楊黎春 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)