一种锂电池隔膜的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂电池隔膜，由基层和设在所述基层一侧上或设在所述基层两侧上的有机或无机中空粒子膜层构成；该锂电池隔膜，将中空粒子膜层涂布于基材上，隔膜穿刺后，中空结构能够降低整体的热传导速率，以使得基材能有更充裕的时间进行熔化闭孔，进而起到了安全阻断的作用。该锂电池隔膜，能保证电池使用的安全性，同时其相对于多层结构隔膜和陶瓷涂布隔膜，中空粒子可以降低电池整体重量，同时电池电容量可以得到大量提升。
【专利说明】—种锂电池隔膜
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及锂电池，具体涉及一种锂电池隔膜。
【背景技术】
[0002]锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四大材料组成。其中隔膜是置于电池正负极之间的多微孔薄膜，其使锂离子可以自由通过，同时阻断正负极的直接接触以防止发生短路。如图3、图4和图5所示，当隔膜被外力或电池内部刺穿时，电池内部会发生短路，此时隔膜必须能立即发生熔化闭孔以阻断短路发生位置，以避免电池发生热爆走而爆炸。
[0003]现今的隔膜有两类可以起到这作用:1.多层结构隔膜，2.陶瓷涂布隔膜。这两类都具有阻断层和支撑层，当隔膜被穿刺时会开始发生局部发热，此时隔膜阻断层如果能快速发生熔化闭孔，可以避免电池热爆走而爆炸，但是当局部的发热速度大於熔化速度时，就无法达到阻断作用。
[0004]现今的隔膜有将三氧化二铝作为涂布粒子涂覆在基层上，其能使隔膜耐热温度高，但其无法降低隔膜穿孔局部的发热速度；当隔膜穿孔局部的发热速度大于基层熔化速度时，仍无法达到阻断作用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种隔膜穿刺后，保证电池使用安全性的锂电池隔膜。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]该锂电池隔膜，由基层和设在所述基层一侧上或设在所述基层两侧上的有机或无机中空粒子膜层构成。
[0008]所述中空粒子膜层以质量百分比计:由I %?10 %的黏着剂、I %?10 %的无机或有机中空粒子、70 %?95 %的溶剂和3 %?10 %的非溶剂混合构成。
[0009]所述黏着剂为聚偏氟乙烯或丙烯酸。
[0010]所述溶剂为丙酮、丁酮和甲苯中的一种或几种。
[0011 ] 所述非溶剂为丁醇和乙醇中的一种或两种。
[0012]所述无机中空粒子为二氧化硅粒子。
[0013]所述有机中空粒子为丙烯酸粒子、聚乙烯粒子、聚苯乙烯粒子、聚丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和聚亚烯胺粒子中的一种或几种。
[0014]所述基层为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚酰亚胺中的一种或几种。
[0015]所述有机或无机中空粒子膜层由单一直径有机或无机中空粒子制成或多种直径的有机或无机中空粒子混合制成。
[0016]所述有机或无机中空粒子直径小于IOOum ;所述有机或无机中空粒子膜层厚度为10 ?lOOum。[0017]本发明的优点在于:该锂电池隔膜，将中空粒子膜层涂布于基材上，隔膜穿刺后，中空结构能够降低整体的热传导速率，以使得基材能有更充裕的时间进行熔化闭孔，进而起到了安全阻断的作用。该锂电池隔膜，能保证电池使用的安全性，同时其相对于多层结构隔膜和陶瓷涂布隔膜，中空粒子可以降低电池整体重量，同时电池电容量可以得到大量提升。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明:
[0019]图1为本发明锂电池隔膜的一种结构示意图。
[0020]图2为本发明锂电池隔膜的另一种结构示意图。
[0021]图3为现有技术中锂电池隔膜外部穿刺的结构示意图。
[0022]图4为现有技术中锂电池隔膜内部穿刺的结构示意图。
[0023]图5为现有技术中锂电池隔膜穿刺后发生短路的结构示意图。
[0024]上述图中的标记均为:
[0025]1、基层，2、有机或无机中空粒子膜层，3、正极，4、隔膜，5、负极，6、穿刺点。
【具体实施方式】
[0026]下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0027]如图1和图2所示，该锂电池隔膜，由基层I和设在基层I 一侧上或设在基层I两侧上的中空粒子膜层2构成。
[0028]中空粒子膜层2为有机中空粒子膜层或无机中空粒子膜层。
[0029]优选中空粒子膜层以质量百分比计:由I %?10 %的黏着剂、I %?10 %的无机或有机中空粒子、70 %?95 %的溶剂和3 %?10 %的非溶剂混合构成。
[0030]优选有机或无机中空粒子直径小于lOOum，有机或无机中空粒子直径粒子大于IOOum会使膜层厚度过大，使隔膜成品厚度增加，缺乏应用价值。
[0031]无机或有机中空粒子可使用不同大小粒子进行混合搭配，即有机或无机中空粒子膜层由单一直径有机或无机中空粒子制成或多种直径的有机或无机中空粒子混合制成。
[0032]黏着剂以不影响电池的电化学反应系统为原则，优选黏着剂为聚偏氟乙烯系列黏着剂或丙稀Ife系列黏着剂。
[0033]溶剂为溶解黏着剂的溶剂，优选为丙酮、丁酮和甲苯中的一种或几种。
[0034]非溶剂为不能溶解黏着剂的溶剂，优选为丁醇和乙醇中的一种或两种。
[0035]优选无机中空粒子为二氧化硅粒子。
[0036]优选所述有机中空粒子为丙烯酸粒子、聚乙烯粒子、聚苯乙烯粒子、聚丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和聚亚烯胺粒子中的一种或几种。有机中空粒子熔点大于基材的熔点，并且具备耐酸、碱及化学性，不被电解液腐蚀。
[0037]基材的部分，使用微多孔膜材质，形式可以是多孔薄膜或非织布，优选基层为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚酰亚胺中的一种或几种。
[0038]有机或无机中空粒子膜层厚度可根据实际需要来选择，优选有机或无机中空粒子膜层厚度为10?IOOum时，电池隔膜具有良好的降低热传导效率的效果。
[0039]中空粒子膜层的制备，有以下几种优选实施方式。
[0040]实施方式一，取I %的聚偏氟乙烯，5 %的平均直径为20um?30um的二氧化硅粒子，95 %的丙酮和4 %的丁醇混合，将其搅拌分散制成二氧化硅中空粒子混合物；选取聚乙烯多孔薄膜作为基层；将二氧化硅中空粒子混合物均匀涂覆在聚乙烯多孔薄膜的两侧上；待二氧化硅中空粒子混合物干燥后即形成40um 二氧化硅中空粒子膜层。
[0041]实施方式二，取10 %的聚偏氟乙烯，8 %的平均直径为40um?50um的二氧化硅粒子，79 %的丙酮和3 %的乙醇混合，将其搅拌分散制成二氧化硅中空粒子混合物；选取聚乙烯多孔薄膜作为基层；将二氧化硅中空粒子混合物均匀涂覆在聚乙烯多孔薄膜的一侧上；待二氧化硅中空粒子混合物干燥后即形成60um 二氧化硅中空粒子膜层。
[0042]实施方式三，取5 %的聚偏氟乙烯，10 %的平均直径为20um?30um的聚丙烯酸甲酯粒子，80 %的丁酮和5 %的乙醇混合，将其搅拌分散制成聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物；选取聚丙烯多孔薄膜作为基层；将聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物均匀涂覆在聚乙烯多孔薄膜的两侧上；待聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物干燥后即在基层表面形成40um聚丙烯酸甲酯中空粒子膜层。
[0043]实施方式四，取2 %的聚偏氟乙烯，I %的平均直径为40um?50um的聚丙烯酸甲酯粒子，87 %的甲苯和10 %的乙醇混合，将其搅拌分散制成聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物；选取聚酰亚胺多孔薄膜作为基层；将聚丙烯酸甲酯混合物均匀涂覆在聚酰亚胺多孔薄膜的一侧上；待聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物干燥后即形成60um聚酰亚胺中空粒子膜层。
[0044]实施方式五,取8 %的聚偏氟乙烯,5 %的平均直径为20um?30um和40um?50um的聚丙烯酸甲酯粒子，84 %的丙酮和3 %的乙醇混合，将其搅拌分散制成聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物；选取聚对苯二甲酸乙二酯为基层；将聚丙烯酸甲酯混合物均匀涂覆在聚对苯二甲酸乙二酯多孔薄膜的一侧上；待聚丙烯酸甲酯中空粒子混合物干燥后即形成60um聚酰亚胺中空粒子膜层。
[0045]实施方式六，取10 %的聚偏氟乙烯，I %的平均直径为20um?30um的聚乙烯粒子，79 %的丙酮和10 %的丁醇混合，将其搅拌分散制成聚乙烯中空粒子混合物；选取聚丙烯为基层；将聚乙烯中空粒子混合物均匀涂覆在聚丙烯多孔薄膜的两侧上；待聚乙烯中空粒子混合物干燥后即形成40um聚乙烯中空粒子膜层。
[0046]实施方式七，取6 %的聚偏氟乙烯，6 %的平均直径为40um?50um的聚乙烯粒子，80 %的丙酮和8 %的丁醇混合，将其搅拌分散制成聚乙烯中空粒子混合物；选取聚丙烯为基层；将聚乙烯中空粒子混合物均匀涂覆在聚丙烯多孔薄膜的一侧上；待聚乙烯中空粒子混合物干燥后即形成60um聚乙烯中空粒子膜层。
[0047]实施方式八，取I %的聚偏氟乙烯，I %的平均直径为20um?30um的聚苯乙烯粒子，95 %的丁酮和3 %的丁醇混合，将其搅拌分散制成聚苯乙烯中空粒子混合物；选取聚酰亚胺为基层；将聚苯乙烯中空粒子混合物均匀涂覆在聚酰亚胺多孔薄膜的两侧上；待聚苯乙烯中空粒子混合物干燥后即形成40um聚苯乙烯中空粒子膜层。
[0048]实施方式九，取3 %的聚偏氟乙烯，6 %的平均直径为40um?50um的聚苯乙烯粒子，86 %的丁酮和5 %的丁醇混合，将其搅拌分散制成聚苯乙烯中空粒子混合物；选取聚酰亚胺为基层；将聚苯乙烯中空粒子混合物均匀涂覆在聚酰亚胺多孔薄膜的一侧上；待聚苯乙烯中空粒子混合物干燥后即形成60um聚苯乙烯中空粒子膜层。
[0049]实施方式十，取10 %的丙烯酸，10 %的平均直径为40um~50um的聚苯乙烯粒子，70 %的丁酮和10 %的丁醇混合，将其搅拌分散制成聚苯乙烯中空粒子混合物；选取聚酰亚胺为基层；将聚苯乙烯中空粒子混合物均匀涂覆在聚酰亚胺多孔薄膜的一侧上；待聚苯乙烯中空粒子混合物干燥后即形成60um聚苯乙烯中空粒子膜层。
[0050]以上实施方式I至10得到的中空粒子膜层的安全性试验结果如下表。
[0051]
【权利要求】
1.一种锂电池隔膜，其特征在于:由基层和设在所述基层一侧上或设在所述基层两侧上的中空粒子膜层构成。
2.如权利要求1所述的锂电池隔膜，其特征在于:所述中空粒子膜层以质量百分比计:由I %?10 %的黏着剂、I %?10 %的无机或有机中空粒子、70 %?95 %的溶剂和3 %?10%的非溶剂混合构成。
3.如权利要求1或2所述的锂电池隔膜，其特征在于:所述黏着剂为聚偏氟乙烯或丙烯酸。
4.如权利要求3所述的锂电池隔膜，其特征在于:所述溶剂为丙酮、丁酮和甲苯中的一种或几种。
5.如权利要求4所述的锂电池隔膜，其特征在于:所述非溶剂为丁醇和乙醇中的一种或两种。
6.如权利要求5所述的锂电池隔膜，其特征在于:所述无机中空粒子为二氧化硅粒子。
7.如权利要求6所述的锂电池隔膜，其特征在于:所述有机中空粒子为丙烯酸粒子、聚乙烯粒子、聚苯乙烯粒子、聚丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和聚亚烯胺粒子中的一种或几种。
8.如权利要求7所述的锂电池隔膜，其特征在于:所述基层为聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚酰亚胺中的一种或几种。
9.如权利要求8所述的锂电池隔膜，其特征在于:所述有机或无机中空粒子膜层由单一直径有机或无机中空粒子制成或多种直径的有机或无机中空粒子混合制成。
10.如权利要求9所述的锂电池隔膜，其特征在于:所述有机或无机中空粒子直径小于IOOum ;所述有机或无机中空粒子膜层厚度为10?lOOum。
【文档编号】H01M2/16GK103490028SQ201310421424
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】陈信维 申请人:达尼特材料科技（芜湖）有限公司