[发明专利]一种高安全性隔膜及采用该隔膜的高容量锂离子动力电池

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种高安全性隔膜及采用该隔膜的高容量锂离子动力电池。

背景技术

近几年，锂离子动力电池在电动工具、电动自行车、轻型电动车等大型设备上的应用日益受到关注和研究，大容量锂离子动力电池在电动汽车的运用过程中，需要考虑的首要因素和技术问题是如何确保电池的安全性。解决安全性问题关系到锂离子电池能否成为电动汽车动力电池，并最终使电动汽车驶入寻常百姓家的关键因素之一。隔膜对锂离子电池的安全性起着最为关键的作用。大型锂离子电池在滥用状态时（内部局部短路、外部短路、过充等）易于诱导电池内部高温，导致电池的隔膜收缩、熔化，进而造成电池内部大面积短路，加剧热量积累，造成热失控、产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。为了满足大容量锂离子电池发展的需要，开发耐高温的高安全性隔膜是提高动力电池安全性能的迫切需求。

近几年来，国内外隔膜厂商纷纷开发高安全性隔膜，部分厂家已经有成熟产品。相对国外，国内的厂家开发相对缓慢，大多处于研发阶段，至今未出现大规模的成熟产品。专利CN 101626095A公开的一种用于提高锂离子电池安全性的改性方法，在制造锂离子电池的工艺过程中，对隔膜进行热处理工艺，以提高隔膜的热稳定性，但这种方法具有一定的局限性，经过热处理后的隔膜安全性并未得到本质性的提升，仍不能满足动力电池高安全性能的要求；专利101567434A公开了一种锂离子隔膜及其应用，隔膜以聚合物为基体，含有均匀分散的无机填料，隔膜的安全性和机械强度得到一定的提高，但在高容量动力电池方面的应用及安全性能并未体现出优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良的热稳定性的高安全性锂离子电池用隔膜。

本发明还提供采用该隔膜的高容量锂离子动力电池，此电池具有优良的安全性能，在滥用条件下不起火，不爆炸。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种高安全性隔膜，所述的隔膜由基材层和涂覆层两部分组成，所述的涂覆层为双面，隔膜的结构为涂覆层-基材层-涂覆层；基材层与涂覆层的质量比为1: 1~2，基材层的材料为聚烯烃，涂覆层的材料为无机纳米陶瓷颗粒；所述的基材层和涂覆层之间通过粘结剂固定。本发明的高安全性隔膜，通过在聚烯烃隔膜表面涂覆双层耐高温的无机纳米陶瓷颗粒，从本质上提升了隔膜的安全性，当电池在滥用状态下，即使聚合物基体融化，耐高温无机陶瓷颗粒的存在仍能有效防止正负极之间的短路，从而大大提高安全性能；采用该隔膜的高容量锂离子动力电池，在滥用状态下安全性得到了显著提升，为高容量动力电池在电动汽车的应用和推广提供了安全保障。该隔膜具有优良的热稳定性，在120℃条件下搁置1h，横向热收缩为0%，纵向热收缩为1.0~2.0%。

作为优选，该隔膜的厚度为30~40μm，其中基材层厚度为25~35μm，每层涂覆层厚度为2.5~4μm。厚度范围适中，用于动力电池，既保证电池具有良好的电化学性能，同时保证了电池的安全性能。

作为优选，所述的聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、两者的共聚物或两者的混合物。目前锂离子电池隔膜普遍使用聚烯烃材料，原材料来源广泛，技术相对成熟。

作为优选，所述的无机纳米陶瓷为二氧化硅、三氧化二铝、氧化锆中的一种或两种以上的混合物。无机纳米陶瓷颗粒材料性质稳定，且具有优良的耐高温、抗腐蚀特性。

作为优选，所述的粘结剂为聚偏氟乙烯或丁苯橡胶。该两款粘结剂为目前锂电池领域常用的粘结剂，综合性能优良。

一种所述的高安全性隔膜的制备方法，包括如下步骤：

a、制浆：将助剂、粘结剂和无机纳米陶瓷颗粒依次加入高速行星球磨机中，同时加入氧化锆磨球进行球磨，得到粘度为25~50 mPa·s，细度为15~20μm的无机纳米陶瓷浆料；

b、涂布：采用凹版印刷的方式将步骤a得到的无机纳米陶瓷浆料涂布到基材层表面；

c、烘干：烘干温度在80~90℃，烘干后隔膜水分含量控制在＜1000ppm。

作为优选，所述的助剂、粘结剂和无机纳米陶瓷颗粒的质量比为1.5~2.0:4~5:100。

一种所述的高安全性隔膜制得的高容量锂离子动力电池。作为优选，其为方形软包电池。作为优选，该电池的单体电池容量为20~50Ah。本发明得到的高容量锂离子动力电池，经针刺滥用测试，电池电压保持不变，表面温度无明显变化，电池不起火，不爆炸。在150℃烘箱中搁置30min，电池电压降低0.1~0.2mV，电池不起火，不爆炸。