專利名稱：鋰電池隔離膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維基體，特別是涉及一種用于鋰電池的隔離膜。 背景駄
鋰電池或鋰離子電池，其主要是由鋰合金氧化物的正極、液態(tài)有機(jī)電解 液、隔離膜及碳材所組成的負(fù)極而構(gòu)成，其中有機(jī)電解液存在于電池結(jié)構(gòu)內(nèi) 的孔隙中，負(fù)責(zé)離子的傳導(dǎo)，而位于正、負(fù)電極之間的隔離膜則用來(lái)隔離正、 負(fù)電極，避免短路。
一般地，對(duì)電池隔離膜的基本要求包括可以隔開正、負(fù)電極，多孔結(jié)構(gòu)，具 有良好的機(jī)械強(qiáng)度及彈性，耐電M腐蝕，耐氧化性，化學(xué)性能穩(wěn)定，體積輕薄以 及電M的含量高等。尤其對(duì)高性能電池而言，更要求隔離膜能兼具薄型化、高孔
率、小 L徑、機(jī)械強(qiáng)度良好及耐氧化性對(duì)爭(zhēng)性，如果還具有熱阻斷作用則更好。然 而，目前通常使用的橡膠、聚氯乙烯(PVC)或紙的電阻大、耐震效果差且無(wú)法用 于密閉式電池，而鵬纖維也因脆隨污染問題限制了其應(yīng)用范圍。目前的商業(yè)化 產(chǎn)品以聚乙烯和聚丙烯為主，其可以被制成單層、多層或復(fù)合層。聚丙烯的熔點(diǎn)比 聚乙烯高，因此在戶賴喊的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復(fù)合層結(jié)構(gòu)中，當(dāng)聚乙烯熔
化，發(fā)生關(guān)閉(shutdown) J嫁時(shí)，夕卜層的聚丙烯仍維持良好的機(jī)械l頓，如果溫
度持續(xù)上升，則聚丙烯也會(huì)熔化從而造成電池短路，仍有高，燒的危險(xiǎn)。
不織布具有獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙率最高可達(dá)80%，可以根據(jù)電池 的種類制造出不同孔徑需求的隔離膜，由于不織布本身具有的柔軟性及熱穩(wěn)定 性的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)已被嘗試使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明 了一種鋰電池隔離膜，其包括由纖維所形成的多 L支撐基體；以
及填入該基體的空隙中的多孑L聚烯烴樹脂。
本發(fā)明還衝共了一種鋰電池隔離膜的制造方法，包括下述步驟將聚烯烴與造
4孔劑混合以形成聚烯烴混合樹脂；將該聚烯烴混合樹臘凃布于多孑L支撐基體上；將 該聚烯烴混合樹脂與該支1$#壓合以使該聚烯烴混合樹脂±真入該支撐基體的空隙 中；以及除去該造 L劑以形成多孔隔離膜。
在一個(gè)實(shí)施方式中，先將高密度聚乙烯與一種低熔點(diǎn)的造孔劑混合形成聚乙烯 混合樹脂，再將該聚乙烯混合樹臘凃布于一種具有可支撐隔離膜強(qiáng)度的高熔點(diǎn)支撐 *#上，以將該聚乙烯混合樹脂與該支撐基體壓合從而形成復(fù)合膜，對(duì)該復(fù)合膜進(jìn) 行造孔后，艮蹄J成了一種可用于鋰電^t隔離膜。


為了使得本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)更加明顯易懂，下文例舉了一個(gè)
的實(shí)施方式，并結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下
圖1是本發(fā)明鋰電池隔離膜制造方法的流程圖2是本發(fā)明的多孔高密度聚乙烯/PAN不織布復(fù)合膜之DSC熱分析圖； 圖3A 3B是本發(fā)明的多孔高密度聚乙烯/PAN不織布復(fù)合膜表面的SEM圖； 以及
圖4A 4B是本發(fā)明的多孔高密度聚乙烯/PAN不織布復(fù)合l]纖面的SEM圖。
本發(fā)明J^f共了一種鋰電池隔離膜，包括具有多個(gè)空隙的支撐暴體以及填入該支 撐基體的空隙中的多孔聚烯烴樹脂。
戶;M支撐基體可以由諸如聚丙烯腈(polyaciylonilrile， PAN)、聚偏氟乙烯 (polyvinylidene fluoride, PVDF)、聚四氟乙火希(polytetrafluoroethylene， PTFE)、聚 乙烯對(duì)苯二甲酸酯(polyethyleneterephthalate， PET)、聚碳酸酯(polycarbonate, PC) 或尼龍(Nylon)的熱塑性高好所形成，其熔點(diǎn)基本上高于16(TC。所述支撐難 可以是不織布或梭織布，其細(xì)度基本上是0.1 10丹尼，其中不織布的孑L徑基本上 是7 30縣。
戶腿聚烯烴樹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。
本發(fā)明所述的隔離膜的孔隙率基本上大于30%，厚度基本上是20 70微米。 所述多孔復(fù)合隔離膜，例如多 L聚烯烴樹脂/支撐,復(fù)合隔離膜具有極高的孔隙度且通過聚烯烴樹脂填入支撐基體的空隙中形成復(fù)合膜，再熱壓合以便縮 體 復(fù)合膜厚度，以f始高性能電池隔離膜的要求。
本發(fā)明還提供了一種鋰電池隔離膜的制造方法，參見圖l，其說(shuō)明了該鋰電池 隔離膜的制造流程。首先，將聚烯烴與造孔劑混合以形成聚烯烴混合樹脂。然后， 將該聚烯烴混合樹臘凃布于具有多個(gè)空隙的支撐基體上。接著，將聚烯烴混合樹脂 與支^S體熱淋膜，合，以使聚烯烴混合樹脂±真入支撐基體的空隙中。最后，除 去造孔劑，即制成了多 L鋰電池隔離膜。
例如，戶;Mit L齊何以與聚乙烯混合樹月胸勻混合，并可以ilii^髓當(dāng)?shù)妮?br> 取液萃取除去。
在戶脫聚烯烴混合樹脂中，聚烯烴的重量百分比基本上大于40%，而造孔齊啲
重量百分比基本上為20 70%。戶;M3t L劑可以包^i者如碳^l丐的溶解性好的鹽類
或者0量小于500，熔點(diǎn)低于7(TC的小分子，例如碳原子個(gè)數(shù)為18 28的蠟。
戶脫制作隔離膜的諸多步驟可以是熱制程的，例如將聚烯烴與造孔劑混合的混 合皿基本上為100 180°C，將聚烯烴混合樹月g凃布于支撐基偉上的、凃布，基本 上為150 20(TC,以及將聚烯烴混合樹脂與支撐基體壓合的壓合鵬基本上為 100 180°C。
戶;f^t L劑可以m萃取法被除去，所^(柳的萃取液可以配合戶腿擇的造孔劑 種類，例如當(dāng)造孔齊偽蠟時(shí)，則萃取液可以包括己烷。
在一個(gè)實(shí)施例中，先將一種低分子量的^孔劑與高分子量的聚乙烯進(jìn)行高溫 混合形成聚乙烯混合樹脂，然后以熱涂布的方式將聚乙烯混合樹脂涂布于一種高熔 點(diǎn)的不織布上，接著，對(duì)聚乙烯混合樹脂與不織布進(jìn)行熱壓合以形成復(fù)合膜，經(jīng)過 造孔后，艮糊成了一種可以用作鋰電^ti件的隔離膜。
本發(fā)明具有高孔隙度的多孔復(fù)合隔離膜可以構(gòu)成一種極佳的離子導(dǎo)電通道，從 而有效提高離子導(dǎo)電度。
此外，由纖維雜帝喊的隔離膜可以樹共極大的延伸'隨抗穿透弓艘，將其應(yīng)
用在電池巻曲連續(xù)生產(chǎn)的過程中有利于抑制鋰金屬樹枝狀(dendrite)析出物的形成
及穿透，確保鋰電池的安全性。 實(shí)施例l
首先，將60克的高密度聚乙烯與40克的小分子量蠟(碳原子數(shù)為18)置于捏合機(jī)中，15(TC混合30併中。然后，將混合的聚乙烯樹脂溶液以熱涂布的方式涂布 在聚丙烯腈(PAN)不織布上，涂布溫度為17(TC，壓力控制在40 70kg/cm2的范 圍內(nèi)。接著，將聚乙烯樹脂與PAN不織布?jí)汉弦孕纬蓮?fù)合膜。最后，將復(fù)合月體于 己烷中以將小分子量蠟萃取出來(lái)，再經(jīng)壓^f喊了多孔高密度聚乙烯/PAN不織布復(fù) 合膜，其具有平均孔徑28 、厚度27 以及孔隙率63%。
參考圖2戶際的多孔性高密度聚乙烯/PAN不織布復(fù)合膜的DSC熱分析圖。由 圖中可以看出，本鄉(xiāng)例所淛造的復(fù)合膜僅在120 15(TC的范圍中出現(xiàn)一個(gè)吸熱峰 值(134°C)，此為聚乙烯的熔融11^。而在150 210"的范圍中已經(jīng)不表現(xiàn){封可其 它的熱行為，因jiW實(shí)施例的復(fù)合月賊聚乙烯熔融閉孔的行為后，其好結(jié)構(gòu)仍是 相當(dāng)穩(wěn)定的。
以下對(duì)本實(shí)施例復(fù)合膜在熱關(guān)閉(thermal shutdown)(約135°C)前、后的結(jié)構(gòu) 形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。圖3A 3B為此復(fù)合膜表面的SEM圖。圖4A 4B為此復(fù)合膜截面 的SEM圖。
圖3A為復(fù)合膜于在熱關(guān)閉前其表面的SEM圖，可以發(fā)現(xiàn)其 L洞分布相當(dāng)均勻。 圖3B為復(fù)合膜在熱關(guān)閉后其表面的SEM圖，可以發(fā)現(xiàn)其表面己完全閉孔。圖4A 為復(fù)合U雜熱關(guān)閉前其截面的SEM圖，可以發(fā)現(xiàn)其為多孔結(jié)構(gòu)。經(jīng)熱關(guān)閉禾聘后， 由圖4B可以發(fā)現(xiàn)，聚乙烯己經(jīng)完全i真滿了多孑L結(jié)構(gòu)，達(dá)到了完全閉孔。由上述結(jié) 構(gòu)形態(tài)可以證實(shí)，本發(fā)明的不織布復(fù)合S莫確實(shí)有閉孔作用，且具備高強(qiáng)度的材糾寺 性。
鄉(xiāng)例2
首先，將70克的高密度聚乙烯與30克的小分子量蠟(碳原子數(shù)為18)置于捏 合機(jī)中，15(TC混合30^H中。然后，將混合的聚乙烯樹臘溶液以熱涂布的方式涂布 于聚丙烯腈(PAN)不織布上，涂布驗(yàn)為170。C，壓力控帝贓40 70kg/cm2的范 圍內(nèi)。接著，將聚乙烯樹脂與PAN不織布?jí)汉弦孕纬蓮?fù)合膜。最后，將復(fù)合膜置于 己烷中以將小分子量蠟萃取出來(lái)，再經(jīng)壓合而制成了多孔高密度聚乙烯/PAN不織布 復(fù)合膜，其具有平均孔徑22 、厚度24 以及孔隙率49%。
鄉(xiāng)例3
首先，將80克的高密度聚乙烯與20克的小分子量蠟(碳原子數(shù)為18)置于捏
7合機(jī)中，15(TC混合30分鐘。然后，將混合的聚乙烯樹脂溶液以熱涂布的方式涂布 于聚丙烯腈(PAN)不織布上，涂布驗(yàn)為170。C，壓力控制在40 70k^cm2的范 圍內(nèi)。接著，將聚乙烯樹脂與PAN不織布?jí)汉弦孕纬蓮?fù)合膜。最后，將復(fù)創(chuàng)體于 己烷中以將小分子量蠟萃取出來(lái)，再鄉(xiāng)述合而制成了多孔高密度聚乙烯/PAN不織布 復(fù)合膜，其具有平均孔徑28 、厚度28 以及孔隙率42%。
鄉(xiāng)例4
首先，將60克的高密度聚乙烯與40克的小^f量蠟(碳原子數(shù)為18)置于捏 合機(jī)中，15(TC混合30^H中。然后，將混合的聚乙烯樹脂溶液以熱涂布的方式涂布 于聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)不織布上，涂布離為170。C，壓力控制在40 70kg/cm2的范圍內(nèi)。接著，對(duì)聚乙烯樹脂與PET不織布進(jìn)行壓合以形成復(fù)合膜。最 后，將復(fù)剖體于己烷中以將小好量蠟萃取出來(lái)，再經(jīng)壓合而制成了多孔高密度 聚乙烯/PET不織布復(fù)合膜，其具有平均孑L徑31 M、厚度35 以及孔隙率59%。
實(shí)施例5
首先，將70克的高密度聚乙烯與30克的小分子量蠟(碳原子數(shù)為18)置于捏 合機(jī)中，15(TC混合30倂中。之后，將混合的聚乙烯樹脂溶液以熱涂布的方式涂布 于聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)不織布上，涂布溫度為17(TC，壓力控制在40 70kg/cm2的范圍內(nèi)。接著，對(duì)聚乙烯樹脂與PET不織布進(jìn)行壓合以形成復(fù)合膜。最 后，將復(fù)創(chuàng)體于己烷中以將小好量蠟萃取出來(lái)，再經(jīng)壓合而制成了多孔高密度 聚乙烯/PET不織布復(fù)合膜，其具有平均孔《5 24 、厚度31 以及孔隙率43%。
鄉(xiāng)例6
首先，將80克的高密度聚乙烯與20克的小分子量蠟(碳原子數(shù)為18)置于捏 合機(jī)中，15(TC混合30-40射中。之后，將混合的聚乙烯樹臘溶液以熱涂布的方式 涂布于聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)不織布上，涂布溫度為170"，壓力控制在40 70kg/cm2的范圍內(nèi)。接著，對(duì)聚乙烯樹脂與PET不織布進(jìn)行壓合以形成復(fù)合膜。最 后，將復(fù)合B體于己烷中以將小^H^量蠟萃取出來(lái)，再經(jīng)壓合而制成了多孔高密度 聚乙烯/PET不織布復(fù)合膜，其具有平均孔徑24 、厚度27 以及孔隙率36%。
本發(fā)明的具有高孔隙度的多孑L聚乙烯樹脂/支撐基體復(fù)合隔離膜可以形成一條極佳的離子導(dǎo)電通道，協(xié)助離子傳導(dǎo)，有效提高離子導(dǎo)電度。
此外，由于隔離膜是由纖維型支撐基體制成的，因此可以掛共延伸t扱抗穿透
強(qiáng)度、抑帝ii^屬樹枝狀析出物的形j^穿透，確保鋰電池的安全性。
雖然本發(fā)明已經(jīng)描述了如上戶腿的雌的實(shí)施方式，然而其并非用以限定本發(fā) 明，倒可本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā) 明作出改變和f,，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種鋰電池隔離膜，其特征在于，包括一由纖維所組成的多孔支撐基體；和一多孔聚烯烴樹脂，其填入到所述由纖維所組成的多孔支撐基體的空隙中。
2、 如權(quán)利要求1所述的鋰電池隔離膜，其特征在于，所述由纖維所組成的多孔 支撐S^由熱塑性高^T所構(gòu)成。
3、 如權(quán)利要求2所述的鋰電池隔離膜，其特征在于，所述由纖維所組成的多孔 支撐基體的熔點(diǎn)高于16(TC。
4、 如權(quán)利要求2戶腿的鋰電池隔離膜，其特征在于，戶腿由纖維雜賊的多孔 支撐難由聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯、聚碳酸酯 或尼娜構(gòu)成。
5、 如權(quán)利要求1戶誠(chéng)的鋰電池隔離膜，其特征在于，戶艦由纖維所組成的多孔 支撐難包括不織布或梭織布。
6、 如權(quán)利要求5戶誠(chéng)的鋰電池隔離膜，其特征在于，戶腿不織布的孑L徑基本上 是7 30 。
7、 如權(quán)利要求5戶服的鋰電池隔離膜，其特征在于，戶脫由纖維所組成的多孔 支撐基體的細(xì)度基本上是0.1 10丹尼。
8、 如權(quán)利要求1戶做的鋰電池隔離膜，其特征在于，戶脫聚烯烴樹脂包樹氏密 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、 如權(quán)利要求8戶腿的鋰電池隔離膜，其特征在于，戶鵬聚烯烴樹脂的分子量 大于IOO，OOO。
10、 如權(quán)利要求1所述的鋰電池隔離膜，其特征在于，所述隔離膜的孔隙率大 于30%。
11、 如權(quán)利要求1戶艦的鋰電池隔離膜，其特征在于，戶欣隔離膜的厚度基本 上為20 70 。
12、 一種鋰電池隔離膜的制造方法，其特征在于，包括 將聚烯烴與造孔劑混合，以形成聚烯烴混合樹脂； 將該聚烯烴混合樹臘凃布于一種多孔的支撐基體上；將該聚烯烴混合樹脂與該支撐基體壓合，以使該聚烯烴混合樹脂i真入該支撐基體的空隙中；和將該造 L劑除去，以形成多孔隔離膜。
13、 如權(quán)利要求12戶誠(chéng)的鋰電池隔離膜的制造方法，其特征在于，戶腿聚烯烴的重量百分比大于40%。
14、 如權(quán)利要求12所述的鋰電池隔離膜的制造方法，其特征在于，戶;Mit孔劑的重量百分比基本上為20 70%。
15、 如權(quán)利要求12戶皿的鋰電池隔離膜的制造方法，其特征在于，戶;im孔劑的分子量小于500。
16、 如權(quán)利要求i2戶腿的鋰電池隔離膜的帝隨方法，^#征在于，戶;im孔劑的熔點(diǎn)低于7(TC。
17、 如權(quán)利要求12所述的鋰電池隔離膜的制造方法，其特征在于，戶;f^孔劑包括碳,或碳原子數(shù)為18 28的蠟。
18、 如權(quán)利要求12自的鋰電池隔離膜的制造方法，其特征在于，將戶，聚烯 烴與所，孔劑混合的皿基本上為100 180°C。
19、 如權(quán)禾腰求i2戶腿的鋰電池隔離膜的制造方法，；l^寺征在于，將戶腿聚烯烴混合樹臘凃布于戶;M支撐基體上的溫度基本上為150 20(TC 。
20、 如權(quán)利要求12所述的鋰電池隔離膜的制造方法，其中將所述聚烯烴混合樹 脂與戶，支撐基體壓合的，基本上為100 18(TC。
21、 如權(quán)利要求12所述的鋰電池隔離膜的制造方法，其特征在于，利用萃取法 除去所皿孔劑。
22、 如權(quán)利要求12戶脫的鋰電池隔離膜的制造方法，其特征在于，戶脫聚烯烴 樹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
本發(fā)明提供了一種鋰電池隔離膜及其制造方法，所述鋰電池隔離膜包括由纖維所形成的多孔支撐基體；以及填入該基體的空隙中的多孔聚烯烴樹脂。本發(fā)明還提供了一種鋰電池隔離膜的制造方法，包括下述步驟將聚烯烴與造孔劑混合以形成聚烯烴混合樹脂；將該聚烯烴混合樹脂涂布于多孔支撐基體上；將該聚烯烴混合樹脂與該支撐基體壓合以使該聚烯烴混合樹脂填入該支撐基體的空隙中；以及除去該造孔劑以形成多孔隔離膜。
文檔編號(hào)H01M2/14GK101635341SQ20081013446
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2008年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者于薇伶, 張峻綺, 鄭淑蕙, 陳文億, 陳聯(lián)泰 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院