[发明专利]一种复合隔膜及含其的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种复合隔膜及含其的锂离子电池。复合隔膜至少包括一聚烯烃基膜、一无机颗粒层和一无纺布基膜；所述聚烯烃基膜的厚度为5～20μm，孔隙率为30～60％，所述无机颗粒层的厚度为1～20μm。本发明提供的锂离子电池复合隔膜孔径适中且分布窄，穿刺和拉伸强度高，存在闭孔温度，热稳定性好、耐高温，击穿电压高，制作工艺简单，成本低等特性，其电池一致性好、循环性能好、自放电率低、短路率低、安全性能高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造领域，特别涉及一种复合隔膜及含其的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池以其能量密度高、循环性能好、环境友好等优点而备受青睐，并广泛应用于消费电子、电动汽车、电动工具及储能等技术领域。随着锂离子电池应用越来越广泛，对锂离子电池能量密度提出了更高的要求，而相对于能量密度已接近天花板的磷酸铁锂电池，三元电池将更受青睐。但是，三元电池的安全问题一直是社会关注焦点，尚未有效解决。

隔膜是一种置于电池正极和负极之间的多孔材料，是锂离子电池结构中的关键内层组件，起到分离正负极防止电池短路等作用。在锂离子电池使用过程中，可能会遇到穿刺、挤压、过充、短路等意外情况，电池内部剧烈反应、迅速升温，可能高达400℃，隔膜若能及时有效闭孔并保证高温完整性，能有效阻止电池起火、爆炸。隔膜材料的优劣直接影响到电池的安全性能。

目前，锂离子电池隔膜多为聚烯烃材质，包括聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)等。传统的聚烯烃隔膜缺点在于破膜温度低(低于150℃)，即使隔膜表面涂覆陶瓷或其他耐高温涂层，其破膜温度也仅在200℃左右，无法满足高温下隔膜完整性的要求。相比较而言，无纺布隔膜耐热性明显好于聚烯烃隔膜，其基材通常有聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称PET，熔点250℃左右)、纤维素(分解温度340℃左右)，芳纶(分解温度370℃以上)、聚酰亚胺(简称PI，分解温度400℃以上)。然而，无纺布隔膜孔径大且分布宽，即使隔膜表面涂覆陶瓷或其他涂层，也无法有效弥补此缺点，易导致无纺布隔膜电池内部微短路，充放电过程温升高、循环性能差、自放电率高、电池一致性差等缺陷；无纺布隔膜抗拉和穿刺强度低，易被锂枝晶刺穿，导致无纺布隔膜电池短路率高；无纺布隔膜击穿电压低，难以用传统方法测试短路，给良品电池筛选造成很大困扰，也为后续电池出货埋下安全隐患。

为解决上述问题，目前现有技术中也存在各种复合膜，但制造方法复杂且隔膜功能性不全面，未能有效地解决三元电池的系列问题。中国专利CN105470435A中公开了一种基于无纺布的锂离子电池用多层复合隔膜及其制造方法，该复合隔膜是在无纺布基材表面涂覆热塑性材料颗粒，未能有效地控制孔径及其分布，导致该隔膜孔径分布宽，其锂电池易产生锂枝晶，循环性能差；中国专利CN105619991A也公开了一种复合锂离子电池隔膜材料及其制备方法，该复合隔膜是先制作聚合物多孔薄膜，然后再和无纺布隔膜热压复合，虽然该复合隔膜孔径均匀，但是制作工艺复杂、成本高。上述问题亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷：(1)无纺布隔膜孔径大且分布宽，穿刺和拉伸强度低，其电池易生成锂枝晶，刺穿隔膜，易造成电池内部微短路，电池充放电过程中温升高，循环性能差、自放电率高、电池一致性差，安全性能差；(2)无纺布隔膜击穿电压低，用传统方法测短路易击穿隔膜，给良品电池筛选造成很大困扰，也为后续电池出货埋下安全隐患；(3)现有的复合隔膜(聚烯烃涂覆耐高温涂层和无纺布涂覆陶瓷等复合隔膜)无法同时满足孔径适中且分布窄，耐高温，存在闭孔温度，制作工艺简单，成本低等特性，尤其无法有效地解决三元电池针刺等安全问题，提供了一种复合隔膜及含其的锂离子电池。本发明的锂离子电池复合隔膜孔径适中且分布窄，穿刺和拉伸强度高，存在闭孔温度，热稳定性好、耐高温，击穿电压高，制作工艺简单，成本低等特性，其电池一致性好、循环性能好、自放电率低、短路率低、安全性能高。

本发明提供了一种复合隔膜，其至少包括一聚烯烃基膜、一无机颗粒层和一无纺布基膜；所述聚烯烃基膜的厚度为5～20μm，孔隙率为30～60％，所述无机颗粒层的厚度为1～20μm。