高寿命安全型锂电池隔膜制造技术

本实用新型专利技术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，包括聚酰亚胺基材层，聚酰亚胺基材层的一侧设置有碳化硅陶瓷层，聚酰亚胺基材层的另一侧设置有氧化锆陶瓷层，聚酰亚胺基材层、碳化硅陶瓷层和氧化锆陶瓷层均设有微孔，碳化硅陶瓷层的孔隙率低于聚酰亚胺基材层的孔隙率，氧化锆陶瓷层的孔隙率高于聚酰亚胺基材层的孔隙率，且聚酰亚胺基材层、碳化硅陶瓷层和氧化锆陶瓷层的微孔内壁均设置有PTC材料层，PTC材料层的熔化温度为95～125℃。本实用新型专利技术通过碳化硅陶瓷层、氧化锆陶瓷层以及PTC材料层的设置，并使隔膜与负极接触面的孔隙率低于与正极接触面的孔隙率，有效提高了锂电池隔膜的使用寿命和安全性能。

High life safety type lithium battery diaphragm

The utility model belongs to the technical field of lithium ion battery, in particular to a high life safety type lithium battery separator, comprising a polyimide substrate layer, polyimide substrate layer is arranged on the side of the silicon carbide ceramic layer, the other side is provided with a polyimide substrate layer of zirconium oxide ceramic layer, polyimide substrate layer, layer of silicon carbide ceramic and zirconia ceramic layer a porous silicon carbide ceramic layer, polyimide substrate layer porosity lower than the porosity, the porosity of ceramic layer of zirconium oxide is higher than that of polyimide substrate layer porosity and porous wall layers of ceramic and zirconia ceramic layer of polyimide substrate layer and silicon carbide are provided with a PTC material layer, the melting temperature of PTC material layer is 95 to 125 DEG C. The utility model is set by silicon carbide ceramic layer, zirconia ceramic layer and PTC material layer, and the porosity of the contact surface between the diaphragm and the negative electrode is lower than the porosity of the positive electrode contact surface, thus effectively improving the service life and the safety performance of the lithium battery separator.

【技术实现步骤摘要】
高寿命安全型锂电池隔膜
本技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种高寿命安全型锂电池隔膜。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术的目的在于：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，本技术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。作为本技术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％。作为本技术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。作为本技术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。作为本技术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)。作为本技术高寿命安全型锂电池隔膜的一种改进，所述PTC材料层的厚度为0.05-0.12μm。若PTC材料层厚度值太小，当达到其熔化温度时无法及时关闭微孔；若PTC材料层厚度值太高，会使微孔孔径变小，降低锂离子的穿梭速率。作为本技术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厚度为5～25μm。聚酰亚胺基材层厚度值太小，不利于改善隔膜的耐温性能；聚酰亚胺基材层厚度值太高，会降低电池的能量密度。作为本技术高寿命安全型锂电池隔膜的一种改进，所述碳化硅陶瓷层和所述氧化锆陶瓷层的厚度均为1～10μm。碳化硅陶瓷层和氧化锆陶瓷层厚度值太小，不利于改善隔膜的热稳定性；碳化硅陶瓷层和氧化锆陶瓷层厚度值太高，会降低电池的能量密度。相比于现有技术，本技术至少具有以下有益效果：1)使用聚酰亚胺作为锂电池隔膜的基材，其耐热性能相对于传统的PP、PE或PET膜大幅提高，能在230℃下长时间使用，且短时可耐受高达400℃的高温。因此，将其应用于锂电池中，可以采用大电流对其进行充电，也可以对其进行大电流放电，充放电电流是目前市售主流锂电池的2倍以上。2)通过使碳化硅陶瓷层的孔隙率低于聚酰亚胺基材层的孔隙率，氧化锆陶瓷层的孔隙率高于聚酰亚胺基材层的孔隙率，因而锂离子在转移的过程中被孔隙率较低的碳化硅陶瓷层阻挡，减缓了锂离子向负极迁移的速度，锂离子密集在正极处或部分密集于碳化硅陶瓷层内，使锂离子无法大量集聚在负极表面，从而改善析锂，提高了电池的安全性。3)而在聚酰亚胺基材层、碳化硅陶瓷层和氧化锆陶瓷层均设有微孔的内壁均设置熔化温度为95～125℃的PTC材料层，由于PTC材料是一种典型的具有温度敏感性的材料，超过其熔化温度时，PTC材料熔化并关闭微孔以阻止电化学反应进一步进行，其起到了保险丝的作用，有效保证了隔膜的安全性能。4)通过在聚酰亚胺基材上设置氧化锆陶瓷层能够提高隔膜的耐热性能和机械强度，这样即使是在高温下该隔膜热膨胀现象非常的小，仍然可以保持其形状，不会存在爆炸的隐患，提高了锂电池的安全性能；而在含有氧化锆陶瓷层的聚酰亚胺基材上加设碳化硅陶瓷层，由于碳化硅具有极高的导热系数，因而能够有效提高隔膜的导热性能，当电池因受穿刺、撞击、挤压等而发生局部过热时，碳化硅陶瓷层可将隔膜局部受到的热量迅速传导并分散到整个隔膜，从而抑制隔膜局部发生热收缩，进一步提高了隔膜的耐高温性能。附图说明图1为本技术的结构示意图。图中：1-聚酰亚胺基材层；2-碳化硅陶瓷层；3-氧化锆陶瓷层；11、21、31-微孔；12、22、32-PTC材料层。具体实施方式下面结合实施方式和说明书附图，对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。如图1所示，一种高寿命安全型锂电池隔膜，包括聚酰亚胺基材层1，聚酰亚胺基材层1的一侧设置有碳化硅陶瓷层2，聚酰亚胺基材层1的另一侧设置有氧化锆陶瓷层3，聚酰亚胺基材层1、碳化硅陶瓷层2和氧化锆陶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高寿命安全型锂电池隔膜，其特征在于：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℃。

【技术特征摘要】
1.一种高寿命安全型锂电池隔膜，其特征在于：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℃。2.根据权利要求1所述的高寿命安全型锂电池隔膜，其特征在于：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％。3.根据权利要求1所述的高寿命安全型锂电池隔膜，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖旭伦，麦伟杰，
申请(专利权)人：东莞市赛普克电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44