專利名稱：一種鋰離子電池用隔膜及其應用的鋰離子電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電池技術領域，特別是涉及一種鋰離子電池用隔膜及其應用的鋰離子電池。
背景技術：
鋰離子電池具有高工作電壓、高比能量、循環(huán)壽命長、無環(huán)境污染等優(yōu)點，作為能將電能和化學能相互轉化的二次化學電源，被視為電力儲能系統(tǒng)的熱門候選技術之一。自誕生以來，其應用領域不斷擴大，獲得迅速的發(fā)展。目前，不僅在移動式通訊設備和便攜式電子設備上得到廣泛應用，而且也廣泛應用于電動工具、電動自行車以及電動汽車等大型電動設備方面，因此，目前對鋰離子電池的安全性能要求越來越高，如何提高電池安全性能是目前各大電池廠家研究的主要方向。
為了提高鋰離子電池的安全性，現(xiàn)有技術人員在很多方面做了研究改進，其中隔膜是重點研究的方向之一?，F(xiàn)有的電池隔膜都是采用聚烯烴材料(如聚丙烯PP、聚乙烯PE材料)制成，聚烯烴材料的融化溫度都在13(Tl60°C左右，這就導致了電池在高于上述溫度時，電池內部的反性電極會發(fā)生短路問題，從而電池發(fā)生劇烈的放熱，從而導致安全事故發(fā)生，影響到鋰離子電池的使用安全。因此，目前迫切開發(fā)一種非有機材料隔膜，其可以解決電池隔膜融化所導致的電池短路問題，避免安全事故的發(fā)生，能夠具有良好的安全性能，保證鋰離子電池的長時間正常使用，延長鋰離子電池的使用壽命。
發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池用隔膜及其應用的鋰離子電池，其性能穩(wěn)定可靠，可以解決電極隔膜融化所導致的電池短路問題，避免安全事故的發(fā)生，能夠具有良好的安全性能，保證鋰離子電池的長時間正常使用，延長鋰離子電池的使用壽命，從而具有廣泛的市場應用前景，具有重大的生產實踐意義。為此，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用隔膜，其特征在于，所述隔膜為陶瓷纖維隔膜。其中，所述隔膜包括有陶瓷纖維、無機填料以及無機膠和/或有機膠。其中，所述陶瓷纖維、無機填料以及所述無機膠和有機膠這兩種膠中至少一種膠之間的質量比為(80 95) :(2 15) :(2 10)。其中，所述陶瓷纖維隔膜的質量密度為5(T700kg/m3 ;所述陶瓷纖維隔膜的厚度為50、00 ym;所述陶瓷纖維隔膜為具有多個孔隙的體膜，所述陶瓷纖維隔膜的孔隙率為40 70%。其中，所述陶瓷纖維隔膜的質量密度為15(T300 kg/m3，所述陶瓷纖維隔膜的厚度為15(T500iim，所述陶瓷纖維隔膜的孔隙率為50 60%。其中，所述陶瓷纖維的長度為5 250mm，所述陶瓷纖維的直徑為I飛y m。
其中，所述陶瓷纖維的長度為10(Tl50mm，所述陶瓷纖維的直徑為2 3 y m。其中，所述陶瓷纖維的材質為包括氧化鋁、氧化硅和氧化鈦中的至少一種；所述無機填料為羧甲基纖維素鈉。其中，所述無機膠為硅烷膠，所述有機膠為包括聚丙烯酸類膠、聚偏氟乙烯類膠和丁苯橡膠中的至少一種。此外，本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電池具有前面所述的鋰離子電池用隔膜。由以上本發(fā)明提供的技術方案可見，與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用隔膜及其應用的鋰離子電池，其性能穩(wěn)定可靠，可以替換傳統(tǒng)的聚烯烴有機隔膜，既可以保持電池隔膜的特性，如保液性、電子絕緣性、離子導電性等基本性能，又可以確保采用用本發(fā)明提供的陶瓷纖維隔膜做成的鋰離子電池在高溫下(如160°C以上)不會出現(xiàn)不 同極性電極的短路(因為陶瓷纖維隔膜沒有熱收縮，聚烯烴有機隔膜熱收縮嚴重)，因此，有效解決因為電極隔膜融化所導致的電池短路問題，避免安全事故的發(fā)生，能夠具有良好的安全性能，保證鋰離子電池的長時間正常使用，延長鋰離子電池的使用壽命，從而具有廣泛的市場應用前景，具有重大的生產實踐意義。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結合實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明提供了一種鋰離子電池用隔膜，所述隔膜為陶瓷纖維隔膜，具體包括陶瓷纖維、無機填料以及無機膠和/或有機膠，所述陶瓷纖維、無機填料以及所述無機膠和有機膠這兩種膠中至少一種膠之間的質量比可以為(8(T95) : (2 15) : (2 10)。在本發(fā)明中，所述陶瓷纖維隔膜的質量密度可以為5(T700kg/m3 ;所述陶瓷纖維隔膜的厚度可以為50、00 u m ;所述陶瓷纖維隔膜為具備多孔結構(即具有多個孔隙)的隔膜，所述陶瓷纖維隔膜的孔隙率可以為4(T70%。具體實現(xiàn)上，所述陶瓷纖維隔膜的質量密度優(yōu)選為15(T300 kg/m3，所述陶瓷纖維隔膜的厚度優(yōu)選為15(r500i!m，所述陶瓷纖維隔膜為具備多孔結構(即具有多個孔隙)的隔膜，所述陶瓷纖維隔膜的孔隙率優(yōu)選為50飛0%。在本發(fā)明中，所述陶瓷纖維的長度可以為5 250mm，所述陶瓷纖維的直徑可以為I飛Pm。其中，所述陶瓷纖維的長度優(yōu)選為10(Tl50mm，所述陶瓷纖維的直徑優(yōu)選為
2 3 u m。在本發(fā)明中，具體實現(xiàn)上，所述陶瓷纖維的材質可以為氧化物陶瓷材料，具體可以包括氧化招、氧化娃和氧化鈦中的至少一種。在本發(fā)明中，所述無機填料可以為任意一種填充膨脹物，例如可以為羧甲基纖維素鈉，所述無機填料的作用為用于調節(jié)粘度和在本發(fā)明電池隔膜的制備過程中蓬松造孔。在本發(fā)明中，具體實現(xiàn)上，所述無機膠可以為硅烷膠，所述有機膠可以為包括聚丙烯酸類膠、聚偏氟乙烯類膠和丁苯橡膠中的至少一種。具體實現(xiàn)上，所述聚丙烯酸類膠可以為聚丙烯酸膠，所述聚偏氟乙烯類膠可以為聚偏氟乙烯。
對于本發(fā)明，其中的無機膠、有機膠可以共同混合使用。具體實現(xiàn)上，所述陶瓷纖維用膠優(yōu)選為包括硅烷膠和聚丙烯酸類膠，即可以由硅烷膠和聚丙烯酸類膠共同混合在一起使用。需要說明的是，對于本發(fā)明提供的陶瓷纖維隔膜，其包含的多個陶瓷纖維之間通過自身的纖維支鏈搭橋同所述無機膠和/或有機膠粘結在一起，從而容易形成外觀固定、符合電池生產廠家需求的陶瓷纖維隔膜。需要說明的是，在本發(fā)明中，所述陶瓷纖維是絕緣性物質，是電子的絕緣體，可以阻隔鋰離子電池的陽極和陰極之間的電子傳導，避免出現(xiàn)不同極性電極之間(即陽極和陰極之間)的短路問題；同時陶瓷纖維隔膜上又具備足夠的孔隙，可以吸附鋰離子電池中的電解液，從而可以通過孔隙中的電解液進行離子傳導，保持鋰離子電池正常工作所必需的離子導電性。此外，由于陶瓷纖維在高溫下(不超過160°C，因為一般鋰離子電池強制安全測試 的溫度極限在160°C)不會發(fā)生任何的變化，因此，還可以確保本發(fā)明提供的陶瓷纖維隔膜一直可以阻隔鋰離子電池陽極和陰極之間的電子傳導，可以保持隔絕電子特性，性能穩(wěn)定可靠。因此，對于本發(fā)明的陶瓷纖維隔膜，其可以替換傳統(tǒng)的聚烯烴有機隔膜，既可以保持了隔膜的特性，如保液性、電子絕緣性和離子導電性等基本性能，又確保了用本發(fā)明的陶瓷纖維隔膜所制備的鋰離子電池在160°C以上的高溫下不出現(xiàn)不同極性電極(陽極和陰極)之間的短路問題(需要說明的是，這是因為本發(fā)明的陶瓷纖維隔膜不會產生熱收縮問題，而傳統(tǒng)的聚烯烴有機隔膜的熱收縮問題嚴重，容易發(fā)生變化，從而產生陽極和陰極之間的短路問題。陶瓷纖維的溫度一般都要高于500°C)，從而在根本上提高了鋰離子電池的使用安全性。實施例I :
下面通過一個具體實施例來說明本發(fā)明提供的一種鋰離子電池用陶瓷纖維隔膜的具體制備過程。I、選擇材料步驟。陶瓷纖維具體可以選擇固態(tài)氧化鋁Al2O3陶瓷纖維(需要說明的是，所述固態(tài)氧化鋁Al2O3陶瓷纖維可以包括a型的Al2O3陶瓷纖維和Y型的Al2O3陶瓷纖維)，所述固態(tài)氧化鋁Al2O3陶瓷纖維的長度選擇為120mm，所述固態(tài)氧化鋁Al2O3陶瓷纖維的直徑選擇為2. 5 ii m ;
無機填料具體可以選擇羧甲基纖維素鈉顆粒，所述無機膠和有機膠可以選擇為硅烷膠和聚丙烯酸膠的混合物。在本實施例中，所述陶瓷纖維、無機填料以及所述無機膠和有機膠這兩種膠之間的質量比選擇為88:7:5，其中，所述陶瓷纖維所包含的a型的Al2O3陶瓷纖維和、型的Al2O3陶瓷纖維的質量比為90:10，所述硅烷膠和聚丙烯酸膠的質量比為3:2。例如，對于制備總重量為100克的陶瓷纖維隔膜，所需要的陶瓷纖維為88克，所需要的無機填料為7克，所需要的硅烷膠為3克，所需要的聚丙烯酸膠為2克。2、制備鋰離子電池的陶瓷纖維隔膜的步驟。本發(fā)明為了制備鋰離子電池的陶瓷纖維隔膜，具體包括以下步驟
第一步把陶瓷纖維和無機填料混入勻漿機中進行低速勻漿20轉/分鐘，時間30分鐘；
第二步加入50份的水，以50轉/分鐘的速度勻速攪拌I小時；
第三步加入硅烷膠和聚丙烯酸膠，以100轉/分鐘的速度勻速攪拌I小時；
第四步測試粘度，將混合物的粘度控制在50(T2000CP(厘泊)，最終制得本發(fā)明需要的鋰離子電池用陶瓷纖維隔膜。在本實施例中，所需要制備的陶瓷纖維隔膜的厚度要求為300iim，密度為200kg/m3，孔隙率為60%，可壓縮比為70% (這樣，可以讓陶瓷隔膜被壓縮后，厚度可以達到90 Pm)。參見表1，為了對比本發(fā)明的一種鋰離子電池用陶瓷纖維隔膜所制備的電池與現(xiàn) 有聚丙烯有機隔膜制備的電池的性能狀況，具體實現(xiàn)上，采用同樣尺寸的聚烯烴(如聚丙烯PP)有機隔膜和陶瓷纖維隔膜，分別制備形成兩個容量一樣的電池，然后進行安全性能對比。表I為本發(fā)明提供的一種鋰離子電池的用無機陶瓷纖維用隔膜具體實施例I所制備的電池與現(xiàn)有聚丙烯有機隔膜制備的電池的性能狀況對比示意表。表I
本發(fā)明實族例I的陶瓷纖維現(xiàn)有聚丙烯有機隔膜測試人H 隔膜所制備電池的性能狀況所制備電池的性能狀況
針刺安全測試__溫度上升5°C__電池起火_
發(fā)生短路問題，且溫度上
130°C熱箱測試無短路問題出現(xiàn)T J ,'
71 主 135。
—過充1C/5V溫度上升13°C溫度上升？0°C
參見表1，在針刺項目的安全測試中，對于本發(fā)明提供的陶瓷纖維隔膜制備的鋰離子電池，電池的溫度只是上升5°C，其他沒有變化；而對于現(xiàn)有聚丙烯有機隔膜制備的鋰離子電池，該電池因為聚丙烯有機隔膜受熱破損、收縮，從而起火損壞。參見1，在溫度為130°C的熱箱測試中，對于本發(fā)明提供的陶瓷纖維隔膜制備的鋰離子電池，其性能穩(wěn)定，鋰離子電池中的不同極性電極之間(即陽極和陰極之間)沒有發(fā)生問題短路；而對于現(xiàn)有聚丙烯有機隔膜制備的鋰離子電池，因為聚丙烯有機隔膜受熱收縮，從而鋰離子電池中的不同極性電極之間(即陽極和陰極之間)出現(xiàn)短路問題，同時溫度也上升到了 135。。。參見表1，在1C/5V過充(S卩I倍電池容量的電流和5V的充電電壓進行充電)測試中，對于本發(fā)明提供的陶瓷纖維隔膜制備的鋰離子電池，其性能穩(wěn)定，鋰離子電池中的不同極性電極之間(即陽極和陰極之間)沒有發(fā)生問題短路，由于正極材料和電解液過充分解氧化，溫度上升了 13°C ;而對于現(xiàn)有聚丙烯有機隔膜制備的鋰離子電池，因為聚丙烯有機隔膜氧化破損，從而鋰離子電池中的不同極性電極之間(即陽極和陰極之間)出現(xiàn)短路問題，溫度也上升了 70°C。實施例2:
再次通過一個具體實施例來說明本發(fā)明提供的一種鋰離子電池用陶瓷纖維隔膜的具體制備過程。I、材料選擇步驟。陶瓷纖維具體可以選擇固態(tài)氧化硅SiO2和固態(tài)氧化鋁A1203( a型的Al2O3)陶瓷纖維，所述氧化硅和氧化鋁的質量比為80:20。固態(tài)氧化鋁Al2O3陶瓷纖維的長度選擇為120mm，所述固態(tài)氧化鋁Al2O3陶瓷纖維的直徑選擇為2. 5 y m。所述固態(tài)氧化硅SiO2的長度選擇為150_，所述固態(tài)氧化硅SiO2的的直徑選擇為2. 0 ii m。無機填料具體可以選擇羧甲基纖維素鈉顆粒，所述無機膠和有機膠可以選擇為硅烷膠和聚丙烯酸膠的混合物。在本實施例中，所述陶瓷纖維、無機填料以及所述無機膠和有機膠這兩種膠之間的質量比選擇為90:5:5，其中，所述陶瓷纖維所包含的氧化硅5102和a型的Al2O3陶瓷纖維質量比為80:20,所述娃燒膠和聚丙烯酸膠的質量比為3:2。例如,對于制備總重量為100克的陶瓷纖維隔膜，所需要的陶瓷纖維為90克，所需要的無機填料為5克，所需要的硅烷膠為3克，所需要的聚丙烯酸膠為2克。2、實施例2制備鋰離子電池的陶瓷纖維隔膜的步驟同實施例I。
在本實施例中，所需要制備的陶瓷纖維隔膜的厚度要求為350iim，密度為180kg/m3，孔隙率為65%，可壓縮比為75%。參見表2，為了對比本發(fā)明的一種鋰離子電池用陶瓷纖維隔膜所制備的電池與現(xiàn)有聚丙烯有機隔膜制備的電池的性能狀況，具體實現(xiàn)上，采用同樣尺寸的聚烯烴(如聚丙烯PP)有機隔膜和陶瓷纖維隔膜，分別制備形成兩個容量一樣的電池，然后進行安全性能對比(同實施例I的電池體系、容量一致，聚丙烯PP隔膜電池與實施例I的電池為同一個)。表2為本發(fā)明提供的一種鋰離子電池的用無機陶瓷纖維用隔膜具體實施例2所制備的電池與現(xiàn)有聚丙烯有機隔膜制備的電池的性能狀況對比示意表。表權利要求
1.一種鋰離子電池用隔膜，其特征在于，所述隔膜為陶瓷纖維隔膜。
2.如權利要求I所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜包括陶瓷纖維、無機填料以及無機膠和/或有機膠。
3.如權利要求2所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷纖維、無機填料以及所述無機膠和有機膠這兩種膠中至少ー種膠之間的質量比為(8(Γ95) : (2 15) : (2 10)。
4.如權利要求I至3中任一項所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷纖維隔膜的質量密度為5(T700kg/m3 ;所述陶瓷纖維隔膜的厚度為5(Γ900 μ m ;所述陶瓷纖維隔膜為具有多個孔隙的體膜，所述陶瓷纖維隔膜的孔隙率為4(Γ70%。
5.如權利要求4所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷纖維隔膜的質量密度為15(Γ300kg/m3，所述陶瓷纖維隔膜的厚度為15(Γ500μπι，所述陶瓷纖維隔膜的孔隙率為50 60%。
6.如權利要求2或3所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷纖維的長度為5 250mm，所述陶瓷纖維的直徑為I飛μπι。
7.如權利要求6所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷纖維的長度為10(Tl50mm，所述陶瓷纖維的直徑為2 3μπι。
8.如權利要求2或3所述的隔膜，其特征在于，所述陶瓷纖維的材質為包括氧化鋁、氧化硅和氧化鈦中的至少一種； 所述無機填料為羧甲基纖維素鈉。
9.如權利要求2或3所述的隔膜，其特征在于，所述無機膠為硅烷膠，所述有機膠為包括聚丙烯酸類膠、聚偏氟こ烯類膠和丁苯橡膠中的至少ー種。
10.ー種鋰離子電池，其特征在于，該鋰離子電池具有權利要求I至9中任一項所述的鋰離子電池用隔膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池用隔膜及其應用的鋰離子電池，所述隔膜為陶瓷纖維隔膜，所述隔膜包含有陶瓷纖維、無機填料以及無機膠和/或有機膠。本發(fā)明公開的一種鋰離子電池用隔膜及其應用的鋰離子電池，其性能穩(wěn)定可靠，可以解決電極隔膜融化所導致的電池短路問題，避免安全事故的發(fā)生，能夠具有良好的安全性能，保證鋰離子電池的長時間正常使用，延長鋰離子電池的使用壽命，從而具有廣泛的市場應用前景，具有重大的生產實踐意義。
文檔編號H01M10/0525GK102832368SQ201210367348
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權日2012年9月27日
發(fā)明者于申軍, 田啟友 申請人:杭州萬好萬家動力電池有限公司