[实用新型]高寿命安全型锂电池隔膜

说明书

技术领域

本实用新型属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高寿命安全型锂电池隔膜。

背景技术

如今能源与环境问题日益突出，锂离子电池作为一种非常重要的可再生能源，已成为全世界研究的焦点。锂离子电池具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，其不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备。随着锂离子电池行业近年来发展得风起云涌，业内对中国锂离子电池的安全性和使用寿命提出了更高的要求。

锂离子电池的组成部分包括电极、电解质、隔膜等。其中两个电极之间的隔膜起到了很重要的作用，它不仅要起到分隔两极，使电池不至于内部短路的作用，还要起到透过离子的作用，一定的孔隙率能够保证电池隔膜在具有良好透过率的前提下，还能保证优秀的机械性能。在电池使用过程中不可避免的会产生一部分热量，如果发生了故障，温度会一直上升，导致电池内压大幅增加，容易发生爆炸。这种安全隐患可以在一定程度上通过电池隔膜来排除，具有多孔结构的电池隔膜，在温度较高时会发生融化，导致孔洞的关闭，增加阻抗，遮断电流，达到保障安全的作用。然而通常的电池隔膜材料选用聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，熔点都在200℃以下，自闭温度也较低(PE自闭温度130～140℃，PP自闭温度170℃左右)，在电池工作环境温度较高，或者放电电流过大时，由于电解质的热惯性作用，隔膜遮断电流后温度还会继续升高，达到膜破坏温度时，隔膜会完全破坏，致使电池内部短路温度继续升高，从而导致电池爆炸。因此我们需要一种耐高温材料的电池隔膜来保障电池在更高温度下的安全，同时又要具有优良的透过性和绝缘性，而聚酰亚胺膜就成为了锂离子电池中电池隔膜的理想材料之一。

此外，锂离子电池大电流或低温充电时，极易在负极表面发生金属锂析出，并且该过程不可逆。如果如此反复充电，对电池造成损害，降低电池的安全性。主要原因是石墨的嵌锂电位与锂沉积电位很接近，当大量锂离子在石墨负极表面聚集，但又无法及时嵌入石墨层的时候，就有可能析锂，从而造成电池失效，发生安全事故。

有鉴于此，确有必要对现有的隔膜作进一步的改进，以提高其使用寿命和安全性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种具有高安全性能和使用寿命的锂电池隔膜。

为了实现上述目的，本实用新型所采用如下技术方案：

一种高寿命安全型锂电池隔膜，包括聚酰亚胺基材层，所述聚酰亚胺基材层的一侧设置有碳化硅陶瓷层，所述聚酰亚胺基材层的另一侧设置有氧化锆陶瓷层，所述聚酰亚胺基材层、所述碳化硅陶瓷层和所述氧化锆陶瓷层均设有微孔，所述碳化硅陶瓷层的孔隙率低于所述聚酰亚胺基材层的孔隙率，所述氧化锆陶瓷层的孔隙率高于所述聚酰亚胺基材层的孔隙率，且所述聚酰亚胺基材层、所述碳化硅陶瓷层和所述氧化锆陶瓷层的微孔内壁均设置有PTC材料层，所述PTC材料层的熔化温度为95～125℃。

其中，碳化硅陶瓷层由碳化硅颗粒、聚丙烯酸和去离子水一起混合搅拌制成浆料，并通过丝网印刷、挤压涂布或凹版涂布的方式涂布在聚酰亚胺基材层的一侧；而氧化锆陶瓷层则由氧化锆颗粒、聚丙烯酸和去离子水一起混合搅拌制成浆料，并通过丝网印刷、挤压涂布或凹版涂布的方式涂布在聚酰亚胺基材层的另一侧。

其中，PTC材料优选为无定型聚乙烯蜡，PTC材料层可采用浸涂的方式进行设置。

作为本实用新型高寿命安全型锂电池隔膜的一种改进，所述聚酰亚胺基材层的孔隙率为40～60％，所述碳化硅陶瓷层的孔隙率为30～50％，所述氧化锆陶瓷层的孔隙率为60～80％。

作为本实用新型高寿命安全型锂电池隔膜的一种改进，所述碳化硅陶瓷层的孔径大小为0.15～1.5μm，所述氧化锆陶瓷层的孔径大小为0.5～2.5μm，所述聚酰亚胺基材层的孔径大小为0.25～1.8μm。当微孔的孔径过小，不利于锂离子的穿梭，会降低锂离子的传输速度；当微孔的孔径过大，影响隔膜的结构稳定性，容易造成安全隐患。

作为本实用新型高寿命安全型锂电池隔膜的一种改进，所述聚酰亚胺基材层的微孔形状呈沙漏形。将聚酰亚胺基材层的微孔设置成沙漏形，有利于提高隔膜的挂液保湿能力。

作为本实用新型高寿命安全型锂电池隔膜的一种改进，所述碳化硅陶瓷层的导热系数为270W/(m·K)。