[发明专利]具有粘合剂层的隔膜、其制造方法及具有其的电化学装置

说明书

一种耐热隔膜含有多孔薄膜、粘着性地粘合到该多孔薄膜表面的聚合物纤维层和位于该多孔薄膜与该纤维层之间并覆盖该多孔薄膜表面的至少一部分的粘着性粘结剂层。该纤维层含有由聚酰亚胺制造的纤维，其中这些聚酰亚胺形式的纤维包括的纤维中的大部分具有在1‑3000nm范围内的直径。在一个实施例中，该粘结剂层含有羧甲基纤维素钠，并且最终产品中的该多孔薄膜与纤维网之间存在的粘合剂的量在0.30克/平方米被覆盖的多孔薄膜表面至0.90克/平方米被覆盖的多孔薄膜表面的范围内。

技术领域

本发明涉及一种用于电化学装置如锂一次电池或锂二次电池的隔膜、及其制造方法、以及具有其的电化学装置。

背景技术

现代能量储存装置的一个重要的实际方面是不断增加的能量密度和功率密度。已经发现安全性是主要关注的问题。目前广泛商业用途的锂离子电池在常用的最高能量密度电池之中，并且需要多级安全装置，包括外部保险丝和温度传感器，所述安全装置在过热情况下在短路可能由于电池隔膜的机械失效发生之前关闭电池。如果由于隔膜的机械或热失效发生短路，则锂离子(Li离子)电池还经受爆炸和起火。锂离子二次电池呈现出特殊的挑战，这些挑战涉及在多次充放电循环期间的耐久性。可商购的锂离子电池典型地使用微孔聚烯烃(例如聚丙烯或聚乙烯)作为电池隔膜。微孔聚烯烃在90℃下开始收缩，限制了电池制造过程、电池的使用温度以及从电池可获得的功率。

这种情况揭示了用于先进锂离子电池的隔膜的现状的两个关键问题。第一，由聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯)制成的微孔薄膜提供良好的结构和阻隔特性连同良好的切断能力，但是它们不提供高温稳定性和低收缩率并且因此在较高能量密度电池的安全性能上受到限制。在高温下稳定的多孔结构诸如非织造物提供低收缩率和良好的高温稳定性，但是它们不提供良好的切断能力。因此，为了维持先进的锂离子电池的性能并改进其安全性，需要组合了良好的阻隔特性、切断能力和高温稳定性的电池隔膜。

这些类型的材料的组合可以提供这些特性的平衡。本文要解决的问题是创建一种粘合方法，该粘合方法将产生非织造物层与微孔薄膜层之间的良好粘附性，同时还使任何渗透性的降低或电阻的增加最小化。

发明内容

用于如本文描述的这些挑战的解决方案是双重的。首先，创建混杂的隔膜结构，该结构使用聚酰亚胺非织造材料作为一个层并且使用微孔聚烯烃薄膜作为另一个层，并且该结构将良好的阻隔特性、良好的切断能力和高温稳定性全部在一个隔膜中展示出来。其次，已经开发了基于粘合剂的粘合方法，通过该粘合方法将这两个层以确保这些层之间良好粘附性的方式粘合在一起，而不过度限制最终结构的渗透性或增加其电阻超过可接受的极限。

本发明的另一方面是提供具有上述隔膜的电化学装置。

在一个实施例中，本发明因此针对一种耐热隔膜，该耐热隔膜包括多孔薄膜、与该多孔薄膜处于面对面关系的聚合物纤维网和位于该多孔薄膜与该纤维层之间的粘着性粘结剂层，所述粘结剂层包含粘合剂并覆盖该多孔薄膜的面对该纤维网的表面的至少一部分，其中，

该纤维层包含大部分的由聚酰亚胺制造的纤维，所述纤维具有在1-3000nm范围内的直径以及在1-3000nm范围内的平均纤维直径，

最终产品中的该多孔薄膜与该纤维网之间存在的粘合剂的量在0.30克/平方米被覆盖的多孔薄膜表面至0.90克/平方米被覆盖的多孔薄膜表面的范围内，

该纤维层的平均流量孔径为1.5μm或更大。

最终产品中的该多孔薄膜与该纤维网之间存在的粘合剂的量可以在0.40克/平方米被覆盖的多孔薄膜表面至0.90克/平方米被覆盖的多孔薄膜表面的范围内。

在另一个实施例中，该粘合剂可以选自下组，该组由以下各项组成：聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、间芳族聚酰胺、对芳族聚酰胺、苯乙烯-丁二烯橡胶、以及其混合物。