本實(shí)用新型屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池隔離膜。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著能源的枯竭和人們對(duì)環(huán)保的要求，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)方面的發(fā)展日益迅速。鋰離子電池因其高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命等特點(diǎn)，目前已成為電動(dòng)汽車用動(dòng)力能源的首選。但作為動(dòng)力汽車的關(guān)鍵組成部分，鋰離子電池的安全性問(wèn)題一直是動(dòng)力汽車的一大障礙，因此鋰離子電池的安全問(wèn)題備受人們關(guān)注。

鋰離子電池一般由電池殼體、電解液和裸電芯等組成。裸電芯由隔膜、正極片和負(fù)極片通過(guò)卷繞或者疊片的方式組裝而成。現(xiàn)有的正、負(fù)極片一般是由正極或負(fù)極活性物質(zhì)分別和導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑等混合均勻后，涂布在隔離膜基體上，經(jīng)過(guò)烘干、輥壓等工序制作而成；而隔離膜則一般采用聚烯烴隔膜，如聚乙烯、聚丙烯等。由于鋰離子電池所使用的電極材料電化學(xué)反應(yīng)活性較高，且電解液中含有大量易燃的有機(jī)溶劑，電池在使用過(guò)程中容易發(fā)生因過(guò)充、短路、擠壓等引起的電池起火或爆炸。

關(guān)于電池安全問(wèn)題，業(yè)界技術(shù)人員也作了許多的研究，除了在電池外部管理系統(tǒng)做了一系列研究工作之外，對(duì)電池內(nèi)部也有研究，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先往電解液里加入防過(guò)充添加劑或阻燃添加劑等；其次在電池中設(shè)置PTC電阻元件（正溫度系數(shù)熱敏電阻）與電池串聯(lián)，利用PTC元件隨溫度增加電阻突變的特點(diǎn)來(lái)減小甚至切斷回路中的電流來(lái)起到保護(hù)電池的目的。然而，由于現(xiàn)有技術(shù)中一般是將PTC元件置于電池外部，因此其技術(shù)效果大多體現(xiàn)在改善過(guò)充，利用PTC元件電阻突然增大來(lái)切斷電流防止過(guò)充繼續(xù)發(fā)生；然而當(dāng)電池發(fā)生內(nèi)短路，如進(jìn)行針刺、擠壓等測(cè)試時(shí)，那些PTC元件就不能及時(shí)或者無(wú)法起到保護(hù)作用。

此外，現(xiàn)有技術(shù)中也有含PTC涂層的隔離膜，其將PTC涂層涂覆在隔離膜基體上，在電池的內(nèi)部發(fā)生熱失控時(shí)，構(gòu)成所述PTC涂層的低熔點(diǎn)PTC材料熔化并關(guān)閉隔離膜基體的孔以阻止電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行。這樣的設(shè)置雖然能夠在一定程度上起到提高電池的安全性能的作用，然而由于其涂覆在隔離膜基體之上，相當(dāng)于一層保護(hù)膜包覆在隔離膜基體的外表面，這將大大降低鋰離子在隔離膜中的穿梭效率，從而影響鋰離子在正負(fù)極之間的傳輸速度，導(dǎo)致鋰離子電池循環(huán)性能和充放電倍率性能變差。此外，該種隔離膜的機(jī)械強(qiáng)度較低，當(dāng)電池負(fù)極發(fā)生鋰枝晶時(shí)，很容易將隔離膜刺破，造成電池內(nèi)部短路，引發(fā)安全問(wèn)題。

有鑒于此，確有必要提供一種具有高導(dǎo)離子性能，高機(jī)械強(qiáng)度和高安全性能的隔離膜，以保證鋰離子電池的品質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種具有高導(dǎo)離子性能，高機(jī)械強(qiáng)度和高安全性能的隔離膜。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用如下技術(shù)方案：

一種鋰離子電池隔離膜，包括隔離膜基體和設(shè)置于隔離膜基體兩側(cè)的陶瓷涂層，還包括設(shè)置于所述隔離膜基體與所述陶瓷涂層之間的PTC材料層，所述PTC材料層由粘結(jié)劑和PTC材料混合制成；所述隔離膜還設(shè)置有若干貫穿所述隔離膜基體、所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的納米孔道，所述納米孔道的孔徑大小為0.01~10nm，所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的厚度均為0.01～5μm。

其中，所述PTC材料可為有機(jī)聚合物復(fù)合PTC材料或無(wú)機(jī)金屬氧化物PTC材料中的至少一種。優(yōu)選的，有機(jī)聚合物復(fù)合PTC材料可為聚乙烯與乙炔黑復(fù)合物。優(yōu)選的，無(wú)機(jī)金屬氧化物PTC 材料可為稀土元素釔摻雜的三氧化二釩。在此需要說(shuō)明的是，所述PTC材料均為可以商購(gòu)的公知材料。所述陶瓷涂層包括陶瓷顆粒和粘結(jié)劑，所述陶瓷顆粒可為氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅、氧化硅和氧化鋯中的一種或多種，所述粘結(jié)劑可為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和丁苯橡膠中的一種或多種。

本實(shí)用新型的作用原理為：由于PTC 材料是一種典型的具有溫度敏感性的材料，超過(guò)一定的溫度（熔化溫度）時(shí)，PTC材料熔化并關(guān)閉所述隔離膜基體的孔以阻止電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行。此外，即使當(dāng)電池?zé)崾Э鼗虬l(fā)生鋰枝晶導(dǎo)致隔離膜基體的破壞時(shí)，陶瓷涂層的存在仍可抑制電池的正極和負(fù)極之間的短路，從而提高電池的安全性。而若干貫穿整個(gè)隔離膜的納米孔道的設(shè)置，則有利于鋰離子在隔離膜中的穿梭，并為流通的離子提供了距離更短的運(yùn)動(dòng)通道，使得離子的流動(dòng)更為通暢，離子的自由流動(dòng)性得到提升；從而有效提高鋰離子電池的循環(huán)性能和充放電倍率性能。

其中，當(dāng)納米孔道的孔徑小于0.01nm時(shí)，由于孔徑過(guò)小而不利于鋰離子的穿梭，降低鋰離子的傳輸速度；當(dāng)納米孔道的孔徑大于10nm時(shí)，由于孔徑過(guò)大而影響隔離膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，造成安全隱患。需要說(shuō)明的是，該納米孔道由于較微細(xì)，因此并不會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極間發(fā)生接觸短路。

當(dāng)PTC材料層和陶瓷涂層的厚度低于0.01μm時(shí)，由于其不能足夠覆蓋對(duì)應(yīng)的隔離膜基體，在達(dá)到熔化溫度時(shí)不能起到完整的隔絕作用；而當(dāng)PTC材料層和陶瓷涂層的厚度超過(guò)5μm時(shí)，將影響電池的能量密度，并造成材料浪費(fèi)。

優(yōu)選的，所述納米孔道的形狀呈“S”字形。

優(yōu)選的，所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的厚度均為0.1～1μm。

優(yōu)選的，所述納米孔道的孔徑大小為0.01~1nm。

優(yōu)選的，所述納米孔道的孔隙率為20~50%，更優(yōu)選為40~50%?？紫堵蔬^(guò)低，不利于鋰離子的穿梭；孔隙率過(guò)高，會(huì)影響隔離膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

優(yōu)選的，所述PTC材料層的涂覆面積大于或等于所述陶瓷涂層的涂覆面積。

優(yōu)選的，所述PTC材料的熔化溫度為80～120℃。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型一種鋰離子電池隔離膜，包括隔離膜基體和設(shè)置于隔離膜基體兩側(cè)的陶瓷涂層，還包括設(shè)置于所述隔離膜基體與所述陶瓷涂層之間的PTC材料層，所述PTC材料層由粘結(jié)劑和PTC材料混合制成；所述隔離膜還設(shè)置有若干貫穿所述隔離膜基體、所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的納米孔道，所述納米孔道的孔徑大小為0.01~10nm，所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的厚度均為0.01～5μm。本實(shí)用新型通過(guò)同時(shí)設(shè)置PTC材料層和陶瓷涂層，由于PTC 材料是一種典型的具有溫度敏感性的材料，超過(guò)一定的溫度（熔化溫度）時(shí)，PTC材料熔化并關(guān)閉所述隔離膜基體的孔以阻止電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行；此外，即使當(dāng)電池?zé)崾Э鼗虬l(fā)生鋰枝晶導(dǎo)致隔離膜基體的破壞時(shí)，陶瓷涂層的存在仍可抑制電池的正極和負(fù)極之間的短路，從而提高電池的安全性。而若干貫穿整個(gè)隔離膜的納米孔道的設(shè)置，則有利于鋰離子在隔離膜中的穿梭，并為流通的離子提供了距離更短的運(yùn)動(dòng)通道，使得離子的流動(dòng)更為通暢，離子的自由流動(dòng)性得到提升；從而有效提高鋰離子電池的循環(huán)性能和充放電倍率性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-隔離膜基體；2-PTC材料層；3-陶瓷涂層；4-納米孔道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施方式和說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

如圖1所示，一種鋰離子電池隔離膜，包括隔離膜基體1和設(shè)置于隔離膜基體1兩側(cè)的陶瓷涂層3，還包括設(shè)置于所述隔離膜基體1與所述陶瓷涂層3之間的PTC材料層2，所述PTC材料層2由粘結(jié)劑和PTC材料混合制成，所述PTC材料層2的涂覆面積大于或等于所述陶瓷涂層3的涂覆面積；所述隔離膜還設(shè)置有若干貫穿所述隔離膜基體1、所述PTC材料層2和所述陶瓷涂層3的納米孔道4，所述納米孔道4的孔徑大小為0.01~10nm，所述納米孔道4的孔隙率為20~50%，所述PTC材料層2和所述陶瓷涂層3的厚度均為0.01～5μm。

其中，所述PTC材料可為有機(jī)聚合物復(fù)合PTC材料或無(wú)機(jī)金屬氧化物PTC材料中的至少一種。優(yōu)選的，有機(jī)聚合物復(fù)合PTC材料可為聚乙烯與乙炔黑復(fù)合物。優(yōu)選的，無(wú)機(jī)金屬氧化物PTC 材料可為稀土元素釔摻雜的三氧化二釩；其中，所述PTC材料的熔化溫度為80～120℃。在此需要說(shuō)明的是，所述PTC材料均為可以商購(gòu)的公知材料。所述陶瓷涂層3包括陶瓷顆粒和粘結(jié)劑，所述陶瓷顆?？蔀檠趸X、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅和氧化鋯中的一種或多種，所述粘結(jié)劑可為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和丁苯橡膠中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述納米孔道4的形狀呈“S”字形。

優(yōu)選的，所述PTC材料層2和所述陶瓷涂層3的厚度均為0.1～1μm。

優(yōu)選的，所述納米孔道4的孔徑大小為0.01~1nm。

優(yōu)選的，所述納米孔道4的孔隙率為40~50%。孔隙率過(guò)低，不利于鋰離子的穿梭；孔隙率過(guò)高，會(huì)影響隔離膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

本實(shí)用新型的作用原理為：由于PTC 材料是一種典型的具有溫度敏感性的材料，超過(guò)一定的溫度（熔化溫度）時(shí)，PTC材料熔化并關(guān)閉所述隔離膜基體1的孔以阻止電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行。此外，即使當(dāng)電池?zé)崾Э鼗虬l(fā)生鋰枝晶導(dǎo)致隔離膜基體1的破壞時(shí)，陶瓷涂層3的存在仍可抑制電池的正極和負(fù)極之間的短路，從而提高電池的安全性。而若干貫穿整個(gè)隔離膜的納米孔道4的設(shè)置，則有利于鋰離子在隔離膜中的穿梭，并為流通的離子提供了距離更短的運(yùn)動(dòng)通道，使得離子的流動(dòng)更為通暢，離子的自由流動(dòng)性得到提升；從而有效提高鋰離子電池的循環(huán)性能和充放電倍率性能。

其中，當(dāng)納米孔道4的孔徑小于0.01nm時(shí)，由于孔徑過(guò)小而不利于鋰離子的穿梭，降低鋰離子的傳輸速度；當(dāng)納米孔道4的孔徑大于10nm時(shí)，由于孔徑過(guò)大而影響隔離膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，造成安全隱患。需要說(shuō)明的是，該納米孔道4由于較微細(xì)，因此并不會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極間發(fā)生接觸短路。當(dāng)PTC材料層2和陶瓷涂層3的厚度低于0.01μm時(shí)，由于其不能足夠覆蓋對(duì)應(yīng)的隔離膜基體1，在達(dá)到熔化溫度時(shí)不能起到完整的隔絕作用；而當(dāng)PTC材料層2和陶瓷涂層3的厚度超過(guò)5μm時(shí)，將影響電池的能量密度，并造成材料浪費(fèi)。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例一

首先制備含PTC材料的漿料：PTC材料選用稀土元素釔摻雜的三氧化二釩，其熔化溫度為120℃。首先球磨該P(yáng)TC材料3h，將球磨后的PTC、粘結(jié)劑聚四氟乙烯按照90:10的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成含PTC材料的漿料；將含PTC材料的漿料涂覆在隔離膜基體1上，烘烤除去溶劑，在隔離膜基體1上形成厚度為1μm的PTC材料層2；反面同樣涂覆相同厚度的PTC材料的漿料，烘烤除去溶劑。

其次制備隔離膜的陶瓷涂層3：陶瓷材料選用氧化鋁，首先球磨該氧化鋁顆粒2h，將氧化鋁、聚四氟乙烯按照92:8的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成陶瓷涂層3漿料，將陶瓷涂層3漿料涂覆于形成在隔離膜基體1之上的PTC材料層2上，涂覆面積與PTC材料層2的涂覆面積一致，經(jīng)烘烤除去溶劑，在PTC材料層2上形成陶瓷涂層3；反面制備工藝相同；然后對(duì)隔離膜進(jìn)行納米孔道4處理，納米孔道4的形狀呈“S”字形，其中孔徑大小為0.01nm，孔隙率為50%，即得到鋰離子電池隔離膜。

實(shí)施例二

首先制備含PTC材料的漿料：PTC材料選用聚乙烯與乙炔黑復(fù)合物，其熔化溫度為80℃。首先球磨該P(yáng)TC材料3h，將球磨后的PTC、粘結(jié)劑聚偏氟乙烯按照92:8的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成含PTC材料的漿料；將含PTC材料的漿料涂覆在隔離膜基體1上，烘烤除去溶劑，在隔離膜基體1上形成厚度為0.1μm的PTC材料層2；反面同樣涂覆相同厚度的PTC材料的漿料，烘烤除去溶劑。

其次制備隔離膜的陶瓷涂層3：陶瓷材料選用氧化鋯，首先球磨該氧化鋯顆粒2h，將氧化鋯、聚偏氟乙烯按照94:6的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成陶瓷涂層3漿料，將陶瓷涂層3漿料涂覆于形成在隔離膜基體1之上的PTC材料層2上，涂覆面積與PTC材料層2的涂覆面積一致，經(jīng)烘烤除去溶劑，在PTC材料層2上形成陶瓷涂層3；反面制備工藝相同；然后對(duì)隔離膜進(jìn)行納米孔道4處理，納米孔道4的形狀呈“S”字形，其中孔徑大小為0.1nm，孔隙率為20%，即得到鋰離子電池隔離膜。

根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)的揭示和教導(dǎo)，本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本實(shí)用新型并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說(shuō)明書(shū)中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)成任何限制。