专利名称：锂电池隔离膜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维基体，特别是涉及一种用于锂电池的隔离膜。 背景駄
锂电池或锂离子电池，其主要是由锂合金氧化物的正极、液态有机电解 液、隔离膜及碳材所组成的负极而构成，其中有机电解液存在于电池结构内 的孔隙中，负责离子的传导，而位于正、负电极之间的隔离膜则用来隔离正、 负电极，避免短路。
一般地，对电池隔离膜的基本要求包括可以隔开正、负电极，多孔结构，具 有良好的机械强度及弹性，耐电M腐蚀，耐氧化性，化学性能稳定，体积轻薄以 及电M的含量高等。尤其对高性能电池而言，更要求隔离膜能兼具薄型化、高孔
率、小 L径、机械强度良好及耐氧化性對争性，如果还具有热阻断作用则更好。然 而，目前通常使用的橡胶、聚氯乙烯(PVC)或纸的电阻大、耐震效果差且无法用 于密闭式电池，而鹏纤维也因脆隨污染问题限制了其应用范围。目前的商业化 产品以聚乙烯和聚丙烯为主，其可以被制成单层、多层或复合层。聚丙烯的熔点比 聚乙烯高，因此在戶賴喊的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合层结构中，当聚乙烯熔
化，发生关闭(shutdown) J嫁时，夕卜层的聚丙烯仍维持良好的机械l顿，如果温
度持续上升，则聚丙烯也会熔化从而造成电池短路，仍有高，烧的危险。
不织布具有独特的三维网状结构，孔隙率最高可达80%，可以根据电池 的种类制造出不同孔径需求的隔离膜，由于不织布本身具有的柔软性及热稳定 性的优势，近年来已被尝试使用。
发明内容
本发明 了一种锂电池隔离膜，其包括由纤维所形成的多 L支撑基体；以
及填入该基体的空隙中的多孑L聚烯烃树脂。
本发明还衝共了一种锂电池隔离膜的制造方法，包括下述步骤将聚烯烃与造
4孔剂混合以形成聚烯烃混合树脂；将该聚烯烃混合树腊凃布于多孑L支撑基体上；将 该聚烯烃混合树脂与该支1$#压合以使该聚烯烃混合树脂±真入该支撑基体的空隙 中；以及除去该造 L剂以形成多孔隔离膜。
在一个实施方式中，先将高密度聚乙烯与一种低熔点的造孔剂混合形成聚乙烯 混合树脂，再将该聚乙烯混合树腊凃布于一种具有可支撑隔离膜强度的高熔点支撑 *#上，以将该聚乙烯混合树脂与该支撑基体压合从而形成复合膜，对该复合膜进 行造孔后，艮蹄J成了一种可用于锂电^t隔离膜。
为了使得本发明的上述目的、特征及优点更加明显易懂，下文例举了一个
的实施方式，并结合附图详细说明如下
图1是本发明锂电池隔离膜制造方法的流程图2是本发明的多孔高密度聚乙烯/PAN不织布复合膜之DSC热分析图； 图3A 3B是本发明的多孔高密度聚乙烯/PAN不织布复合膜表面的SEM图； 以及
图4A 4B是本发明的多孔高密度聚乙烯/PAN不织布复合l]纖面的SEM图。
本发明J^f共了一种锂电池隔离膜，包括具有多个空隙的支撑暴体以及填入该支 撑基体的空隙中的多孔聚烯烃树脂。
戶;M支撑基体可以由诸如聚丙烯腈(polyaciylonilrile， PAN)、聚偏氟乙烯 (polyvinylidene fluoride, PVDF)、聚四氟乙火希(polytetrafluoroethylene， PTFE)、聚 乙烯对苯二甲酸酯(polyethyleneterephthalate， PET)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC) 或尼龙(Nylon)的热塑性高好所形成，其熔点基本上高于16(TC。所述支撑難 可以是不织布或梭织布，其细度基本上是0.1 10丹尼，其中不织布的孑L径基本上 是7 30縣。
戶腿聚烯烃树脂可以包樹氐密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高^T量聚乙烯、 聚丙烯或其共聚物或混合物，其^T量基本上大于100,000。
本发明所述的隔离膜的孔隙率基本上大于30%，厚度基本上是20 70微米。 所述多孔复合隔离膜，例如多 L聚烯烃树脂/支撑,复合隔离膜具有极高的孔隙度且通过聚烯烃树脂填入支撑基体的空隙中形成复合膜，再热压合以便縮 体 复合膜厚度，以f始高性能电池隔离膜的要求。
本发明还提供了一种锂电池隔离膜的制造方法，参见图l，其说明了该锂电池 隔离膜的制造流程。首先，将聚烯烃与造孔剂混合以形成聚烯烃混合树脂。然后， 将该聚烯烃混合树腊凃布于具有多个空隙的支撑基体上。接着，将聚烯烃混合树脂 与支^S体热淋膜，合，以使聚烯烃混合树脂±真入支撑基体的空隙中。最后，除 去造孔剂，即制成了多 L锂电池隔离膜。
例如，戶;Mit L齐何以与聚乙烯混合树月胸匀混合，并可以ilii^髓当的萃
取液萃取除去。
在戶脱聚烯烃混合树脂中，聚烯烃的重量百分比基本上大于40%，而造孔齐啲
重量百分比基本上为20 70%。戶;M3t L剂可以包^i者如碳^l丐的溶解性好的盐类
或者0量小于500，熔点低于7(TC的小分子，例如碳原子个数为18 28的蜡。
戶脱制作隔离膜的诸多步骤可以是热制程的，例如将聚烯烃与造孔剂混合的混 合皿基本上为100 180°C，将聚烯烃混合树月g凃布于支撑基伟上的、凃布，基本 上为150 20(TC,以及将聚烯烃混合树脂与支撑基体压合的压合鹏基本上为 100 180°C。
戶;f^t L剂可以m萃取法被除去，所^(柳的萃取液可以配合戶腿择的造孔剂 种类，例如当造孔齐伪蜡时，则萃取液可以包括己烷。
在一个实施例中，先将一种低分子量的^孔剂与高分子量的聚乙烯进行高温 混合形成聚乙烯混合树脂，然后以热涂布的方式将聚乙烯混合树脂涂布于一种高熔 点的不织布上，接着，对聚乙烯混合树脂与不织布进行热压合以形成复合膜，经过 造孔后，艮糊成了一种可以用作锂电^ti件的隔离膜。
本发明具有高孔隙度的多孔复合隔离膜可以构成一种极佳的离子导电通道，从 而有效提高离子导电度。
此外，由纤维雜帝喊的隔离膜可以樹共极大的延伸'隨抗穿透弓艘，将其应
用在电池巻曲连续生产的过程中有利于抑制锂金属树枝状(dendrite)析出物的形成
及穿透，确保锂电池的安全性。 实施例l
首先，将60克的高密度聚乙烯与40克的小分子量蜡(碳原子数为18)置于捏合机中，15(TC混合30併中。然后，将混合的聚乙烯树脂溶液以热涂布的方式涂布 在聚丙烯腈(PAN)不织布上，涂布温度为17(TC，压力控制在40 70kg/cm2的范 围内。接着，将聚乙烯树脂与PAN不织布压合以形成复合膜。最后，将复合月體于 己烷中以将小分子量蜡萃取出来，再经压^f喊了多孔高密度聚乙烯/PAN不织布复 合膜，其具有平均孔径28 、厚度27 以及孔隙率63%。
参考图2戶际的多孔性高密度聚乙烯/PAN不织布复合膜的DSC热分析图。由 图中可以看出，本鄉例所淛造的复合膜仅在120 15(TC的范围中出现一个吸热峰 值(134°C)，此为聚乙烯的熔融11^。而在150 210"的范围中已经不表现{封可其 它的热行为，因jiW实施例的复合月賊聚乙烯熔融闭孔的行为后，其好结构仍是 相当稳定的。
以下对本实施例复合膜在热关闭(thermal shutdown)(约135°C)前、后的结构 形态进行说明。图3A 3B为此复合膜表面的SEM图。图4A 4B为此复合膜截面 的SEM图。
图3A为复合膜于在热关闭前其表面的SEM图，可以发现其 L洞分布相当均匀。 图3B为复合膜在热关闭后其表面的SEM图，可以发现其表面己完全闭孔。图4A 为复合U雜热关闭前其截面的SEM图，可以发现其为多孔结构。经热关闭禾聘后， 由图4B可以发现，聚乙烯己经完全i真满了多孑L结构，达到了完全闭孔。由上述结 构形态可以证实，本发明的不织布复合S莫确实有闭孔作用，且具备高强度的材糾寺 性。
鄉例2
首先，将70克的高密度聚乙烯与30克的小分子量蜡(碳原子数为18)置于捏 合机中，15(TC混合30^H中。然后，将混合的聚乙烯树腊溶液以热涂布的方式涂布 于聚丙烯腈(PAN)不织布上，涂布驗为170。C，压力控帝赃40 70kg/cm2的范 围内。接着，将聚乙烯树脂与PAN不织布压合以形成复合膜。最后，将复合膜置于 己烷中以将小分子量蜡萃取出来，再经压合而制成了多孔高密度聚乙烯/PAN不织布 复合膜，其具有平均孔径22 、厚度24 以及孔隙率49%。
鄉例3
首先，将80克的高密度聚乙烯与20克的小分子量蜡(碳原子数为18)置于捏
7合机中，15(TC混合30分钟。然后，将混合的聚乙烯树脂溶液以热涂布的方式涂布 于聚丙烯腈(PAN)不织布上，涂布驗为170。C，压力控制在40 70k^cm2的范 围内。接着，将聚乙烯树脂与PAN不织布压合以形成复合膜。最后，将复创體于 己烷中以将小分子量蜡萃取出来，再乡述合而制成了多孔高密度聚乙烯/PAN不织布 复合膜，其具有平均孔径28 、厚度28 以及孔隙率42%。
鄉例4
首先，将60克的高密度聚乙烯与40克的小^f量蜡(碳原子数为18)置于捏 合机中，15(TC混合30^H中。然后，将混合的聚乙烯树脂溶液以热涂布的方式涂布 于聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)不织布上，涂布離为170。C，压力控制在40 70kg/cm2的范围内。接着，对聚乙烯树脂与PET不织布进行压合以形成复合膜。最 后，将复剖體于己烷中以将小好量蜡萃取出来，再经压合而制成了多孔高密度 聚乙烯/PET不织布复合膜，其具有平均孑L径31 M、厚度35 以及孔隙率59%。
实施例5
首先，将70克的高密度聚乙烯与30克的小分子量蜡(碳原子数为18)置于捏 合机中，15(TC混合30倂中。之后，将混合的聚乙烯树脂溶液以热涂布的方式涂布 于聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)不织布上，涂布温度为17(TC，压力控制在40 70kg/cm2的范围内。接着，对聚乙烯树脂与PET不织布进行压合以形成复合膜。最 后，将复创體于己烷中以将小好量蜡萃取出来，再经压合而制成了多孔高密度 聚乙烯/PET不织布复合膜，其具有平均孔《5 24 、厚度31 以及孔隙率43%。
鄉例6
首先，将80克的高密度聚乙烯与20克的小分子量蜡(碳原子数为18)置于捏 合机中，15(TC混合30-40射中。之后，将混合的聚乙烯树腊溶液以热涂布的方式 涂布于聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)不织布上，涂布温度为170"，压力控制在40 70kg/cm2的范围内。接着，对聚乙烯树脂与PET不织布进行压合以形成复合膜。最 后，将复合B體于己烷中以将小^H^量蜡萃取出来，再经压合而制成了多孔高密度 聚乙烯/PET不织布复合膜，其具有平均孔径24 、厚度27 以及孔隙率36%。
本发明的具有高孔隙度的多孑L聚乙烯树脂/支撑基体复合隔离膜可以形成一条极佳的离子导电通道，协助离子传导，有效提高离子导电度。
此外，由于隔离膜是由纤维型支撑基体制成的，因此可以掛共延伸t扱抗穿透
强度、抑帝ii^属树枝状析出物的形j^穿透，确保锂电池的安全性。
虽然本发明已经描述了如上戶腿的雌的实施方式，然而其并非用以限定本发 明，倒可本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发 明作出改变和f,，因此本发明的保护范围以权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1、一种锂电池隔离膜，其特征在于，包括一由纤维所组成的多孔支撑基体；和一多孔聚烯烃树脂，其填入到所述由纤维所组成的多孔支撑基体的空隙中。
2、 如权利要求1所述的锂电池隔离膜，其特征在于，所述由纤维所组成的多孔 支撑S^由热塑性高^T所构成。
3、 如权利要求2所述的锂电池隔离膜，其特征在于，所述由纤维所组成的多孔 支撑基体的熔点高于16(TC。
4、 如权利要求2戶腿的锂电池隔离膜，其特征在于，戶腿由纤维雜賊的多孔 支撑難由聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚碳酸酯 或尼娜构成。
5、 如权利要求1戶诚的锂电池隔离膜，其特征在于，戶舰由纤维所组成的多孔 支撑難包括不织布或梭织布。
6、 如权利要求5戶诚的锂电池隔离膜，其特征在于，戶腿不织布的孑L径基本上 是7 30 。
7、 如权利要求5戶服的锂电池隔离膜，其特征在于，戶脱由纤维所组成的多孔 支撑基体的细度基本上是0.1 10丹尼。
8、 如权利要求1戶做的锂电池隔离膜，其特征在于，戶脱聚烯烃树脂包樹氏密 度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯或其共聚物或混合物。
9、 如权利要求8戶腿的锂电池隔离膜，其特征在于，戶鹏聚烯烃树脂的分子量 大于IOO，OOO。
10、 如权利要求1所述的锂电池隔离膜，其特征在于，所述隔离膜的孔隙率大 于30%。
11、 如权利要求1戶舰的锂电池隔离膜，其特征在于，戶欣隔离膜的厚度基本 上为20 70 。
12、 一种锂电池隔离膜的制造方法，其特征在于，包括 将聚烯烃与造孔剂混合，以形成聚烯烃混合树脂； 将该聚烯烃混合树腊凃布于一种多孔的支撑基体上；将该聚烯烃混合树脂与该支撑基体压合，以使该聚烯烃混合树脂i真入该支撑基体的空隙中；和将该造 L剂除去，以形成多孔隔离膜。
13、 如权利要求12戶诚的锂电池隔离膜的制造方法，其特征在于，戶腿聚烯烃的重量百分比大于40%。
14、 如权利要求12所述的锂电池隔离膜的制造方法，其特征在于，戶;Mit孔剂的重量百分比基本上为20 70%。
15、 如权利要求12戶皿的锂电池隔离膜的制造方法，其特征在于，戶;im孔剂的分子量小于500。
16、 如权利要求i2戶腿的锂电池隔离膜的帝隨方法，^#征在于，戶;im孔剂的熔点低于7(TC。
17、 如权利要求12所述的锂电池隔离膜的制造方法，其特征在于，戶;f^孔剂包括碳,或碳原子数为18 28的蜡。
18、 如权利要求12自的锂电池隔离膜的制造方法，其特征在于，将戶，聚烯 烃与所，孔剂混合的皿基本上为100 180°C。
19、 如权禾腰求i2戶腿的锂电池隔离膜的制造方法，；l^寺征在于，将戶腿聚烯烃混合树腊凃布于戶;M支撑基体上的温度基本上为150 20(TC 。
20、 如权利要求12所述的锂电池隔离膜的制造方法，其中将所述聚烯烃混合树 脂与戶，支撑基体压合的，基本上为100 18(TC。
21、 如权利要求12所述的锂电池隔离膜的制造方法，其特征在于，利用萃取法 除去所皿孔剂。
22、 如权利要求12戶脱的锂电池隔离膜的制造方法，其特征在于，戶脱聚烯烃 树脂包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高針量聚乙烯、聚丙烯或其共聚物或 混合物。
全文摘要
本发明提供了一种锂电池隔离膜及其制造方法，所述锂电池隔离膜包括由纤维所形成的多孔支撑基体；以及填入该基体的空隙中的多孔聚烯烃树脂。本发明还提供了一种锂电池隔离膜的制造方法，包括下述步骤将聚烯烃与造孔剂混合以形成聚烯烃混合树脂；将该聚烯烃混合树脂涂布于多孔支撑基体上；将该聚烯烃混合树脂与该支撑基体压合以使该聚烯烃混合树脂填入该支撑基体的空隙中；以及除去该造孔剂以形成多孔隔离膜。
文档编号H01M2/14GK101635341SQ20081013446
公开日2010年1月27日 申请日期2008年7月23日 优先权日2008年7月23日
发明者于薇伶, 张峻绮, 郑淑蕙, 陈文亿, 陈联泰 申请人:财团法人工业技术研究院