[发明专利]一种微孔膜及电池隔膜

说明书

技术领域

本申请涉及电池隔膜领域，特别是涉及一种微孔膜以及含有该微孔膜的电池隔膜。 

背景技术

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池是现代高性能电池的代表。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时，即我们使用电池的过程，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。锂电池相比于传统的电池有着诸多的优点： 

1）电压高：单体电池的工作电压高达3.7～3.8V，磷酸铁锂电池的是3.2V，是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍。 

2）比能量大：目前能达到的实际比能量为555Wh/kg左右，即材料能达到150mAh/g以上的比容量，是Ni-Cd电池的3～4倍，Ni-MH电池的2～3倍；该比容量已接近于其理论值的约88%。 

3）循环寿命长：一般均可达到500次以上，甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上；对于小电流放电的电器，电池的使用期限，将倍增电器的竞争力。 

4）安全性能好：无公害，无记忆效应。作为Li-ion前身的锂电池，因金属锂易形成枝晶发生短路，缩减了其应用领域，Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素，部分工艺，如烧结式，的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题。 

5）自放电小：室温下充满电的Li-ion储存一个月后的自放电率为2%左右，大大低于Ni-Cd电池的25～30%，Ni-MH电池的30～35%。 

6）可快速充放电：1C充电30分钟容量可以达到标称容量的80%以上，现在磷铁电池可以达到10分钟充电到标称容量的90%。 

7）工作温度范围高：工作温度为-25～45℃，随着电解液和正极的改进，期望能扩宽到-40～70℃。 

锂电池主要由下面几个部分组成 

1）正极：活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，现在又出现了镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂，俗称三元，或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。 

2）隔膜：一种特殊的复合膜，可以让离子通过，但却是电子的绝缘体。 

3）负极：活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。 

4）有机电解液：溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。 

5）电池外壳：分为钢壳、铝壳、镀镍铁壳、铝塑膜等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。其中钢壳主要是方形电池使用，现在已经很少使用；镀镍铁壳主要是圆柱电池使用；铝塑膜主要是软包装电池使用。 

其中，隔膜的生产工艺复杂，且在电池中起到非常重要的作用，隔膜在电池材料中主要的功能为隔绝正负极以防止电池自我放电及两极短路等问题，主要材质使用多孔质的高分子膜，包括聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）。由于隔膜的安全性、渗透性、孔隙度及膜厚度将互相影响离子传导度及机械强度，所以制造不同的产品必须应用不同的设计方式，如单层、双层及三层的隔离膜。 

随着新能源汽车的逐渐推广，未来对动力锂电池材料的需求将得到极大提高。锂电池由正负电极、电解质及聚合物隔离膜组成。其中隔膜是锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，毛利率通常达到70％以上，占了锂电池成本的20～30％。按照计算，一辆汽车就可 以用到一千到两千平方米的隔膜。 

国内的锂离子电池隔膜市场，虽然目前依然是国外品牌一统天下，但是隔膜的国产化已经呈现出喜人的局面。现在国内3种类型的聚烯烃隔膜均已经实现了市场化，并且产能在逐步扩大，产品的质量也在不断提升。目前国产隔膜在低、中端市场已经大部分替代了进口产品，少量产品已经进入高端市场，市场价格随着国产隔膜的问世已经有所降低，由2003年的15～20元/m²降低到现在的8～15元/m²。