[发明专利]一种热稳定性锂离子电池隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用微孔隔膜技术领域。

背景技术

随着微电子技术的迅速发展，极大地促进了移动通讯和计算机行业更新换代步伐的加快。电器元件被要求体积更小，功能更齐全，待机时间更长。为此，蓄电元件中的电池就成为其中要求改进的重要元件之一。而电池隔膜被喻为电池的“第三极”，是镉2镍、氢2镍电池的重要组成部分之一，起着隔离阴阳极不使电池发生短路，吸收电解液，让导电离子能够顺利通过，以及让气体透过隔膜等作用。其质量的好坏直接影响到电池的充放电性能、高低温性能、荷电的贮存及使用寿命等等，因此要求电池隔膜材料必须具有优良的耐酸碱性和低电阻性。通常电池隔膜多选择合成纤维如：聚酰胺纤维、聚乙醇纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚烯烃纤维等，其中聚烯烃纤维以其良好的耐磨性、弹性，优异的耐酸碱、耐氧化性、耐高温性及重量轻为首选材料。但聚烯烃纤维的亲水性极差，必须对其进行改性处理，才可满足电池隔膜的要求。

锂离子蓄电池重量轻，储能大，功率大，无污染，寿命长，自放电系数小，温度适应范围宽泛等许多突出的优点。锂离子动力电池的关键材料有如下四个方面：正极材料，负极材料，电解质材料和隔离膜。其中除隔离膜和电解质中的锂盐目前仍依赖国外进口外，其它关键材料，均已国产化。在单位重量和单位体积储能，充放电性能，适用温度范围，充放电次数等性能，均已达到国际指标。当前存在的问题是电池的一致性和安全问题。对于电动自行车来说，用锰酸锂做正极材料的锂离子蓄电池，已能足够保证其行驶的安全。如果再注意到国际市场上的锰的价格比钴的价格要低廉的很多。所以，在锂离子蓄电池的推广和应用上，其安全性能的改善，反而可能使制造成本有所降低！随着人民生活水平的不断提高及科学技术的进步，镉-镍电池、氢-镍电池越来越被人们所接受。镉-镍电池、氢-镍电池具有充放电次数多(可达500次以上)、寿命长、可快速充放电、高倍率放电、耐过充电等优良性能。

当前存在的最大难点是，锂离子蓄电池所用隔离膜，未能有实质性的突破。我国生产锂离子电池的各厂家，均依赖于国外进口，其售价甚而占了生产成本的20％以上！其实，锂离子电池所用隔离膜并不是什么贵重材料，只是我国迄今在规模化生产方面的技术仍未过关！如果这一技术难点得以解决，我国锂离子蓄电池的生产成本，还能大幅度下降。

用作电池(例如充电钗电池)隔膜的微孔聚烯烃薄膜上的静电荷常会引起种种问题。首先，在隔膜的制造过程中，静电荷会将沾染物移向或吸引到薄膜上。这些沾染物会在薄膜上形成瑕疵如斑点，针孔等。而且，在多层薄膜层合过程中，沾染物会被夹在层间，这又会使薄膜产生缺陷。第二，在电池制造过程中，薄膜上的静电荷会将沾染物吸入阳极/隔膜/阴极结构(凝胶卷筒形或棱柱形)中，从而会使电池发生故障。这些故阵中最值得注意的是会引起内电路短路。就电池的制造来说，制造电池所处的干燥(即低湿度)环境中所产生的静电荷，会引起很严重的问题。因此，应当避免采用带静电荷的微孔聚烯烃膜作为电池隔膜。

过去，通过在聚烯烃薄膜中加入吸湿剂或者在聚烯烃薄膜上施加吸湿剂的方法而使静电荷散失。虽然这类吸湿剂具有良好的散失静电荷的作用，但它们不能应用在电池如充电祖电池的隔膜中，因为这种电池必须避免水分。或者，通过在薄膜中添加碳而使静电荷散失。然而，由于碳是导体，会引起阳极与阴极之间短路，因而也应避免使用。

过去，通过在聚烯烃薄膜中加入吸湿剂或者在聚烯烃薄膜上施加吸湿剂的方法而使静电荷散失。虽然这类吸湿剂具有良好的散失静电荷的作用，但它们不能应用在电池如充电祖电池的隔膜中，因为这种电池必须避免水分。或者，通过在薄膜中添加碳而使静电荷散失。然而，由于碳是导体，会引起阳极与阴极之间短路，因而也应避免使用。

通过向隔膜添加半导体材料(P型导体(电子导体)或N型导体(空穴导体))或极化子(电子跳跃)材料来降低静电荷是可能的。P型导体(电子导体)或N型导体(空穴导体)材料的实例包括(但不受此限制)氧化物、Fe203、5102、GaAs、氮化物、Geo、Ge、51、P、B。极化子(电子跳跃)材料是能携带极化子的极性介质，其实例是离子晶体(如NaCI、KCl、RuCl等)。

此外，在由多层薄膜制成的电池隔膜中采用导电材料(如碳)也是可能的。其中多层薄膜是三层薄膜，导电材料添加在三层的两外层中，而中心层作为绝缘层。

最后，不是所有的抗静电剂都可简便地添加至形成为薄膜的树脂中，或涂敷在微孔薄膜上的，这是因为那些杭静电剂会对薄膜的微孔性质产生不利的影响的。

发明内容