锂离子电池隔膜支撑层以及锂离子电池隔膜制造技术

本申请涉及锂电池领域，涉及一种锂离子电池隔膜支撑层以及锂离子电池隔膜。支撑层包括无纺布层，无纺布层包括第一纤维，第二纤维以及第三纤维；第一纤维为有机纤维，第二纤维为无机纤维；第三纤维为有机粘结纤维。无纺布层的纵向拉伸强度5.6N/15mm～65N/15mm；横向拉伸强度3.5N/15mm～55N/15mm；平均孔径不大于5μm，最大孔径与平均孔径的比不小于1且不大于10。无机纤维的添加提高了无纺布层的耐热性能。第一纤维、第二纤维以及第三纤维的直径保证了无纺布层具有较薄的厚度。无纺布层优异的拉伸强度提高了锂离子电池隔膜的机械强度，有望提高锂离子电池的使用安全性。望提高锂离子电池的使用安全性。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池隔膜支撑层以及锂离子电池隔膜


[0001]本申请涉及锂电池领域，具体而言，涉及一种锂离子电池隔膜支撑层以及锂离子电池隔膜。

技术介绍

[0002]近年来，受新能源汽车市场的爆发式发展和储能、3C领域旺盛的需求带动，锂离子电池隔膜的需求随之快速增长，同时对锂离子电池的能量密度也提出了越来越高的要求。隔膜作为锂离子电池四大核心材料(正极、负极、电解液、隔膜)之一，决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环及安全性能等。
[0003]目前，锂离子电池隔膜主要为聚烯烃隔膜，但在应用过程中，如果电池由于内部短路或者过充等导致发生热失控，电池内部温度迅速升高，聚烯烃隔膜在高温下无法保证其尺寸完整性，使正负极材料发生大面积接触，导致电池发生爆炸，对电池的安全性构成威胁。
[0004]无纺布隔膜因其优异的耐热性能，在各类新型隔膜材料中性能颇具优势，其在电池隔膜方面的应用由来已久，已广泛用于镍镉电池、镍氢电池、铅酸电池、碱性电池和超级电容器等领域，但受限于技术、成本和其他不确定性等现实困难，无纺布隔膜在锂离子电池中的应用仍十分有限，无纺布难以同时满足锂离子电池隔膜在孔径和厚度两方面的要求，在现有技术下，从而无法直接作为锂离子电池隔膜使用，一般只适于作为锂离子电池隔膜的支撑层使用，但因无纺布抗拉伸机械强度较聚烯烃多孔膜差，难以充分满足组装电池高速卷绕工艺的要求。为了增加无纺布强度、缩小孔径防止微短路，必须增加无纺布的厚度；然而作为隔膜支撑层的无纺布厚度较大，涂覆涂层形成后无纺布隔膜的厚度会再一步增加，从而对电池能量密度带来较大的损耗，因此无纺布隔膜目前难以充分满足锂离子电池隔膜的应用要求。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的在于提供一种锂离子电池隔膜支撑层以及锂离子电池隔膜。
[0006]第一方面，本申请提供一种锂离子电池隔膜支撑层包括：无纺布层；
[0007]所述无纺布层包括第一纤维，第二纤维以及第三纤维；第一纤维为有机纤维，第二纤维为无机纤维；第三纤维为有机粘结纤维；
[0008]无纺布层的纵向拉伸强度为5.6N/15mm～65N/15mm；无纺布层的横向拉伸强度为3.5N/15mm～55N/15mm；无纺布层的平均孔径不大于5μm，且最大孔径与平均孔径的比不小于1且不大于10。
[0009]本申请的无纺布层将有机纤维与无机纤维复合，兼顾了有机纤维和无机纤维各自的优势，作用互补，弥补了单一材料的应用缺陷。同时复合有机粘结纤维，保证了有机纤维与无机纤维之间的粘结强度。无机纤维的添加，极大地提高了无纺布层的耐热性能，将其应用于锂离子电池隔膜，能够获得良好的热收缩性能。第一纤维、第二纤维以及第三纤维的直
径均为微米级，无纺布层的平均孔径不大于5μm，且最大孔径与平均孔径的比不小于1且不大于10，保证了无纺布层具有较薄的厚度其具有优异的离子透过性。无纺布层的纵向拉伸强度为5.6N/15mm～65N/15mm；横向拉伸强度为3.5N/15mm～55N/15mm，能够有效提高了锂离子电池隔膜的机械强度，有望提高锂离子电池的使用安全性。该无纺布层能够在保证锂离子电池隔膜较薄离子透过性优异的前提下，提高锂离子电池隔膜的机械强度和热收缩性能，保证较高的电池能量密度。
[0010]无纺布层纵向拉伸强度和横向拉伸强度对锂电隔膜应用的影响：
[0011]纵向拉伸强度和横向拉伸强度在上述范围内的无纺布层作为隔膜基材，纵横向强度协同配合，保证了隔膜的高机械强度。与常规无纺布相比，在相同厚度条件下能满足更高的强度需求，在相同强度下亦可实现更低厚度，隔膜厚度的降低意味着离子传输难度的减小，有利于降低电池内阻、促进电池的充放电过程，提高电池的体积能量密度，减轻电池重量。在保证安全性的前提下，轻薄、高强度的隔膜,更容易满足下游锂电池对于轻薄化、大容量、高能量密度的需求。
[0012]无机纤维的加入，大大提高了无纺布层的强度，但无机纤维弹性差、性脆的缺点，易使得无纺布层的脆性增加，因而易脆断而不易弯曲，本申请创造性地发现，当无机纤维与有机纤维组合使用，通过有机粘结纤维的固定形成一定强度结构的无纺布层时，无机纤维应用于无纺布层中的弹性差及性脆等问题得以被有机纤维及有机粘结纤维的柔性中和，使得无纺布层保持了较高的耐折度与弯曲性，对卷绕过程中可耐受的张力范围亦可进一步扩大，并也保持了无机纤维所带来的耐热耐压、机械强度好的优势，灵活适应不同工序的卷绕工艺要求与张力变化的场合。
[0013]隔膜的高强度对电池的安全性起到基本保障，组装电池时，为了增大电池的能量密度，隔膜需要缠绕在电极材料表面，同时将各个电极压实，尽量降低电极之间的间距。为此，隔膜必须具备足够的强度与良好的卷绕特性，这些直接关系着电芯卷绕的对齐度、松紧度、电池是否变形等特性，直接影响电池的性能。
[0014]在本申请的其他实施例中，上述第一纤维直径在1μm～6μm范围内；第二纤维的直径不大于6μm，第三纤维的直径不大于10μm。
[0015]在本申请的其他实施例中，上述无纺布层包括第四纤维；第四纤维为有机纤维，第四纤维的直径小于第一纤维的直径，且第四纤维的直径为纳米级。
[0016]在本申请的其他实施例中，上述第四纤维的直径大于100nm且小于1μm。
[0017]在本申请的其他实施例中，以质量百分比计，上述无纺布层中，第三纤维的占比为15％～40％，其余为第一纤维、第二纤维以及第四纤维；
[0018]在第一纤维、第二纤维以及第四纤维中，第二纤维的占比≤35％；第四纤维的占比为0～25％，且不等于0。
[0019]在本申请的其他实施例中，上述第三纤维的熔点或软化点为100～220℃；第一纤维和第四纤维的熔点或软化点均比第三纤维的熔点或软化点高出不少于20℃。
[0020]在本申请的其他实施例中，上述第一纤维、第二纤维、第三纤维、第四纤维的纤维长度均在1mm～6mm范围内。
[0021]在本申请的其他实施例中，上述无纺布层的密度为0.50g/m3～0.9g/m3；无纺布层的厚度为5μm～35μm。
[0022]在本申请的其他实施例中，上述第一纤维包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维、ES纤维、聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚偏氟乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、聚醚醚酮纤维、聚丙烯腈纤维、聚碳酸酯纤维或者芳纶纤维中的至少一种；
[0023]可选地，第二纤维包括：硅酸铝纤维、莫来石纤维、镁橄榄石纤维、氧化铝纤维、石英纤维、氧化锆纤维、SiO2‑
CaO
‑
MgO系纤维、Al2O3‑
CaO系纤维、Al2O3‑
SiO2‑
ZrO2系纤维、硼化物纤维、碳化物纤维、氮化物纤维、镁铝硅三元玻璃纤维、镁铝硅系玻璃纤维或者硅铝钙镁系玻璃纤维中的至少一种；
[0024]可选地，第三纤维包括：聚对苯二甲酸乙二醇酯未拉伸纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池隔膜支撑层，其特征在于，包括：无纺布层；所述无纺布层包括第一纤维，第二纤维以及第三纤维；所述第一纤维为有机纤维，所述第二纤维为无机纤维；所述第三纤维为有机粘结纤维；所述无纺布层的纵向拉伸强度为5.6N/15mm～65N/15mm；所述无纺布层的横向拉伸强度为3.5N/15mm～55N/15mm；所述无纺布层的平均孔径不大于5μm，且最大孔径与平均孔径的比不小于1且不大于10。2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜支撑层，其特征在于，所述第一纤维的直径在1μm～6μm范围内；所述第二纤维的直径不大于6μm，所述第三纤维的直径不大于10μm。3.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜支撑层，其特征在于，所述无纺布层包括第四纤维；所述第四纤维为有机纤维，所述第四纤维的直径小于所述第一纤维的直径，且所述第四纤维的直径为纳米级。4.根据权利要求3所述的锂离子电池隔膜支撑层，其特征在于，所述第四纤维的直径大于100nm且小于1μm。5.根据权利要求3所述的锂离子电池隔膜支撑层，其特征在于，以质量百分比计，所述无纺布层中，所述第三纤维的占比为15％～40％，其余为所述第一纤维、所述第二纤维以及所述第四纤维；在所述第一纤维、所述第二纤维以及所述第四纤维中，所述第二纤维的占比≤35％；所述第四纤维的占比为0～25％，且不等于0。6.根据权利要求3所述的锂离子电池隔膜支撑层，其特征在于，所述第三纤维的熔点或软化点为100～220℃；所述第一纤维和所述第四纤维的熔点或软化点均比所述第三纤维的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莉，王艳杰，林陆菁，
申请(专利权)人：深圳市星源材质科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：