[发明专利]用于锂离子二次电池的多层混杂型电池隔板及其制造方法

说明书

相关申请

本申请要求享有2013年3月15日提交的申请号为No.61/792,722的共同待决美国临时专利申请的权益，该临时专利申请的内容以引用的方式并入本文。

发明领域

本发明涉及多层电池隔板，特别是用在锂离子二次电池中的隔板。

发明背景

使用多层微孔膜作为用于锂离子二次电池的电池隔板是已知的，例如，参见专利US5,480,745、US5,691,047、US5,667,911、US5,691,077和US5,952,120，其每一者以引用的方式并入本文。这些专利公开了由一个或多个聚烯烃层组成的单层及多层膜，所述一个或多个聚烯烃层是采用通常被称为干法的无溶剂制造方法制成的。一种这样的公知干法为干法，其涉及使用共挤出模具或非共挤出模具形成薄膜型坯。这种薄膜型坯也被称为前体膜，并且具有无孔微结构。

干法多层隔板膜(如由北卡罗来纳州夏洛特的CelgardLLC制造的隔板)具有由孔径、孔隙率及扭曲度限定的独特的微结构，并且抑制枝晶生长且延长锂离子二次可再充电电池的循环寿命。参见图1。

也可通过湿法制造微孔隔板膜，如US4,588,633、US4,600,633、US4,620,955、US4,539,256、US5,922,492和US2009/0253032中描述的那些方法(其每一者以引用的方式并入本文)，它们公开了采用包括使用溶剂的制造方法制成的单层及多层膜。湿法涉及相转化法，举例如热相转化法(TIP)，其中使聚合材料与加工油或增塑剂合并以形成混合物，所述混合物在铸辊上挤出并冷却以形成前体膜。然后，当拉伸膜并萃取或移除增塑剂时在前体膜中形成孔(可以在移除油之前或之后对这些薄膜进行拉伸)。萃取步骤涉及溶剂的使用，这就是“湿法”名称的来源。湿法隔板具有在扫描电子显微镜(SEM)下呈网状外观的各向异性非定向的孔结构。参见图2。湿法聚乙烯(PE)微孔隔板膜是使用高分子量PE(典型地100,000至500,000)和/或超高分子量PE(典型地分子量>500,000，并且有时分子量≥100万)制成的。采用湿法制成的膜通常是双轴拉伸的，并且具有高的MD和TD拉伸强度。

通过干法和湿法制成的微孔隔板膜具有独特的隔板性能特性，这是由于它们的制造方法是不同的。通过干法或湿法制成的微孔隔板膜现今都常用在锂离子二次可再充电电池中作为电池隔板。

需要开发结合干法微孔膜与湿法微孔膜的性能特性的新型隔板膜，以生产具有平衡的MD和TD拉伸强度、高的总拉伸强度、高刺穿强度、良好的抗氧化性和断路功能的性能优越的隔板膜。

发明内容

一种用于锂二次电池的多层电池隔板，包括第一层干法的膜，其结合于第二层湿法的膜。第一层可由聚丙烯系树脂制成。第二层可由聚乙烯系树脂制成。隔板可具有不止两个层。隔板的TD/MD拉伸强度之比可在约1.5-3.0范围内。隔板可具有约35.0微米或更小的厚度。隔板可具有大于约630gf的刺穿强度。隔板可具有至少约2000V的介电击穿。

附图说明

为了例示本发明的目的，附图中显示了目前优选的形式；然而要理解的是，本发明并不限于所示的精确布置及实施手段。

图1显示干法微孔隔板膜(现有技术)的照片(扫描电子显微镜，SEM)。

图2显示湿法微孔隔板膜(现有技术)的照片(SEM)。

图3显示混杂型微孔多层式隔板膜(本发明)的照片(SEM，3300x)。

图4是比较本发明隔板与对比专利实施例CE2的电阻(ER)热谱图的图表。

具体实施方式

本发明通常是一种混杂型隔板膜，其将通过干法制造的至少一层膜与通过湿法制造的至少一层膜相结合。这种隔板膜具有通过在多层电池隔板膜构造中将干法隔板膜同湿法隔板膜相结合而获得的优异的整体隔板及电池性能特性。

参考图3，所示为混杂型隔板10的一个实施方案。隔板10具有结合在一起的两个层，即顶层12和底层14。顶层12可通过湿法制成。顶层12可由聚乙烯系树脂制成(下文讨论的)。底层14可通过干法制成。底层14可由聚丙烯系树脂制成(下文讨论的)。

隔板10不限于图3中所示的实施方案。隔板10可具有两个或更多个层，例如两个、三个、四个、五个或更多(任意整数)个。在大多数实施方案中，层的数目可以为两个或三个。