用于电池组的多层隔离件制造技术

本发明专利技术涉及用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其结构至少包括：基于聚烯烃的基底层（204），其形成该多层隔离件（200）的内层；树脂层（203），其堆叠在聚烯烃基底层（204）的两个表面上，该树脂层（203）由聚烯烃形成；基于纤维素纤维的外层（202），其堆叠在每个树脂层（203）的表面上。表面上。表面上。

【技术实现步骤摘要】
用于电池组的多层隔离件


[0001]本专利技术涉及用于电池组的多层离子传导性隔离件和用于制造此类多层隔离件的方法。
[0002]更具体地，本专利技术涉及用于锂离子电池组的多层离子传导性隔离件和用于制造此类隔离件的方法。

技术介绍

[0003]锂离子电池组作为替代化石类燃料和保证确保高能量密度和长循环寿命的可持续清洁能源的成熟技术在过去几十年已经受到越来越多的关注。
[0004]在电池组的组件中，离子传导性隔离件对避免短路和保证电池组的良好运行起到了关键作用。
[0005]实际上，插在两个电极之间的隔离件是电绝缘和离子传导的。此外，该隔离件必须保持上述性质，尤其在危险条件如高温下。
[0006]通常，锂离子电池组的隔离件由聚烯烃层如聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）或这些化合物的组合制成。
[0007]在电池组设计领域，公知的是使用聚烯烃层作为隔离件确保了在高温下的停机效应，避免了灾难性的热失控。但是，这种聚烯烃层的润湿性不佳。
[0008]针对其中常规使用液体电解质的锂离子电池组，这种润湿性质对于可靠的循环特性是更关键和成问题的。
[0009]由于PE和PP的低熔融温度（130℃至160℃），该隔离件的抗收缩性也弱，这排除了此类隔离件在高温下的使用。
[0010]在过去几年中，一些努力已经集中于克服基于聚烯烃的隔离件的低润湿性和高收缩的这些限制，而不影响先前提到的性质，且尤其是停机效应。
[0011]“A low cost shutdown sandwich
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like composite membrane with superior thermos
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stability for lithium
‑
ion battery”, Li等人, Journal of Membrane Science 542, 第1
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7页, 2017, 描述了一种作为锂离子电池组隔离件的多孔聚苯并咪唑（PBI）膜，其具有高热稳定性和电解质润湿性。将常规PE层浸没在PBI溶液中并在真空烘箱中在70℃下干燥24小时。获得的多孔PBI膜确保了高离子传导性，高热稳定性，且在高达200℃时无尺寸收缩。但是，该多孔PBI膜的制备需要几个漫长的制造步骤，涉及使用有机化学品、提纯和沉淀过程，这严重影响了该方法的发展和规模化。
[0012]为了促进低环境影响化学的发展，文献“Porous cellulose diacetate
‑
SiO
2 composite coating on polyethylene separator for high
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performance lithium
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ion battery”, Chen等人, Carbohydrate Polymers 147 第517
‑
524页, 2016, 提出了一种聚烯烃隔离件，其包括涂覆有复合涂层的PE层，该复合涂层由二乙酸纤维素和SiO2的组合制成。
[0013]SiO2的重量比对复合隔离件的孔尺寸具有直接影响。必须小心地调整SiO2的量以
避免形成大的孔尺寸，所述大的孔尺寸可能促进隔离件结构中的枝晶迁移并导致电池组失效。
[0014]在文献“Ethylcellulose
‑
coated polyolefin separators for lithium
‑
ion batteries with improved safety performace”, Xiong等人, Carbohydrate Polymers 101, 第1140
‑
1146页, 2014中遵循了相同的方法。该文献提出了由于乙基纤维素层的涂覆而显著改善基于聚烯烃的隔离件的润湿性、循环特性和抗热收缩性的解决方案。
[0015]但是，所提出的涂覆层的孔尺寸为约3
µ
m，与锂离子电池组领域中对离子传导性隔离件的亚微米级要求仍相去甚远。
[0016]US 20140335424公开了包括纤维素纳米纤维的用于二次电池组的隔离件。该隔离件作为形成在纤维素纳米纤维之间的微孔的多孔结构。与常规基于聚烯烃的隔离件相比，使用纤维素纳米纤维提高了隔离件的润湿性和热稳定性。但是，该多孔结构具有可达80%的孔隙率和最高10
ꢀµ
m的孔尺寸。再一次，这些值不符合锂离子电池组的要求，并且此类解决方案不能直接应用于锂离子电池组。
[0017]US 20180013117涉及用于二次电池组的隔离件，其能够改善基于纤维素的多层隔离件的停机功能。该多层隔离件包括由基于纤维素的纳米纤维和聚乙烯纳米颗粒形成的基底，和堆叠在该基底的两个表面中的一个表面上的树脂层，该树脂由聚烯烃形成。使用纳米尺寸的纳米纤维“关闭”了该隔离件的孔结构，并减少了枝晶穿透。但是，聚烯烃树脂对纳米纤维素基底表面的覆盖降低了电解质保留，并且不能确保居中孔尺寸分布，如在膜基隔离件的情况下，例如多孔PBI膜。
[0018]在上述背景下，本专利技术的一个目的是至少减轻与现有技术相关的上述和其它缺点。

技术实现思路

[0019]通过根据独立权利要求所述的用于锂离子电池组的多层隔离件和用于制造此类多层隔离件的方法，和通过根据从属权利要求所述的实施方案实现上述目的。
[0020]更具体地，本专利技术的第一方面涉及用于锂离子电池组的多层隔离件，其结构至少包括基于聚烯烃的基底层，其形成所述多层隔离件的内层；树脂层，其堆叠在所述聚烯烃基底层的两个表面上，所述树脂层由聚烯烃形成；基于纤维素纤维的外层，其堆叠在每个树脂层的表面上。
[0021]根据本专利技术的多层隔离件包括纤维素层作为所述多层结构的最外层，这提高了热稳定性并提供了更高的电解质保留。
[0022]优选地，所述基于聚烯烃的基底层由选自聚乙烯、聚丙烯或主要包含聚丙烯或聚乙烯的共混物中的至少一种制成。
[0023]优选地，所述基于聚烯烃的基底层由低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）、或主要包含LDPE、LLDPE或其混合物的共混物制成。
[0024]优选地，所述基于聚烯烃的基底层由乙烯和α
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烯烃的无规共聚物制成，所述无规共聚物选自聚合的α
‑
烯烃含量为约20重量%、且优选为16重量%的共聚α
‑
烯烃。
[0025]优选地，所述树脂层由选自聚乙烯、聚丙烯、或主要包含聚丙烯或聚乙烯的共混物中的至少一种制成。
[0026]优选地，所述基于纤维素纤维的外层由选自乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙酸纤维素、三乙酸纤维素、乙酸邻苯二甲酸纤维素、硝基纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、其铵及其盐中的至少一种制成。
[0027]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其结构至少包括：
‑
基于聚烯烃的基底层（204），其形成所述多层隔离件（200）的内层；
‑
树脂层（203），其堆叠在聚烯烃基底层（204）的两个表面上，所述树脂层（203）由聚烯烃形成；
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基于纤维素纤维的外层（202），其堆叠在每个树脂层（203）的表面上。2.如权利要求1所述的用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其中所述基于聚烯烃的基底层（204）由选自聚乙烯、聚丙烯或主要包含聚丙烯或聚乙烯的共混物中的至少一种制成。3.如权利要求1所述的用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其中所述基于聚烯烃的基底层（204）由低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）、或主要包含LDPE、LLDPE或其混合物的共混物制成。4.如权利要求1所述的用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其中所述基于聚烯烃的基底层（204）由乙烯和α
‑
烯烃的无规共聚物制成，所述无规共聚物选自聚合的α
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烯烃含量为20重量%的共聚α
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烯烃。5.如权利要求1所述的用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其中所述基于聚烯烃的基底层（204）由乙烯和α
‑
烯烃的无规共聚物制成，所述无规共聚物选自聚合的α
‑
烯烃含量为16重量%的共聚α
‑
烯烃。6.如前述权利要求之一所述的用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其中所述基于聚烯烃的树脂层（203）由选自聚乙烯、聚丙烯、或主要包含聚丙烯或聚乙烯的共混物中的至少一种制成。7.如权利要求1
‑
5之一所述的用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其中所述基于纤维素纤维的外层（202）由选自乙基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙酸纤维素、三乙酸纤维素、乙酸邻苯二甲酸纤维素、硝基纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、其铵及其盐中的至少一种制成。8.如权利要求1
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5之一所述的用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其中所述基于纤维素纤维的外层（202）的所述纤维素纤维是精制纤维素纤维、纤维素微纤丝、纤维素纳米纤丝、木质素及其衍生物。9.如权利要求1
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5之一所述的用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其中所述基于纤维素纤维的外层（202）的纤维尺寸为2mm至100nm长。10.如权利要求1
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5之一所述的用于锂离子电池组的多层隔离件（200），其中所述基于纤维素纤维的外层（202）的所述纤维素纤维是尺寸为200 nm长的精制纤维素纤维。11.如权利要求1
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5...

【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：雷纳塔股份公司，
类型：发明
国别省市：