[发明专利]一种隔离膜及其制备的抗重物冲击的电化学装置

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术和膜材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种具有良好性能的隔离膜及其制备的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池的安全性能一直是用户较为关注的主要问题，其中重物冲击的安全测试是最典型的安全测试之一，常见的重物冲击后锂离子电池的安全问题包括电池漏液、冒烟、起火、爆炸等，会给电池使用者的人身和财产造成巨大的损失。

目前常用的改善锂离子电池的抗重物冲击性能的方法有：

1.采用安全系数更高的正极材料(如LiFeP04)，但不能满足能量密度要求更高的电池的使用要求；

2.减少电池内部的游离态电解液，提高电池的硬度，使其在受到重物冲击时更容易保持其原有形状，减少短路点的发生，但电池内部游离态电解液的减少会影响到电池的长期循环寿命；

3.增加电池的卷绕张力或包装电池内部空间，使电池的内部结构更紧实，同上述第2点类似，可以减少短路点，但在如此有限的空间里电极长期使用过程中的膨胀会使电池更容易发生形变；

4.使用更厚的隔离膜，通过增加电池的内阻减缓重物冲击时的热失控，但隔膜厚度的增加不仅带来能量密度的损失，而且会影响电池的动力学性能。

上述改善方式在提高锂离子电池的抗重物冲击性能的同时都会带来新的问题，有鉴于此，确有必要提供一种既可以解决锂离子电池的抗重物冲击性能，又不会影响电池的能量密度、动力学性能、长期循环性能等其他电池性能的解决方案以及核心技术。

发明内容

本发明提供了一种隔离膜及其制备的抗重物冲击的电化学装置如锂离子电池，该电化学装置由于设置了该隔离膜而具有优良的抗重物冲击性能，而且电化学装置的能量密度、动力学性能、长期循环性能等其他性能保持在较高水平。

本发明提供的一种隔离膜包括多孔基膜层和多孔网状功能层，所述多孔网状功能层包含至少一层结构，并可以设置在多孔基膜层的任意一面或两面，所述多孔网状功能层至少有一层包含有机材料或有机材料与无机材料的混合物。所述多孔网状功能层可通过浸涂、凹版涂布、喷涂、印刷等方式设置在基膜层的一侧或两侧。

本发明提供的包含上述隔离膜的电化学装置包括：正极、负极、隔离膜、电解液和包装壳，所述隔离膜为多层多孔的隔离膜，其主要作用是将相邻的两面粘接，使正极、隔离膜、负极组成的裸电芯成为形态相对固定的结构，所述裸电芯是多孔多层的结构，而且具有一定的硬度和抗变形能力，裸电芯的相邻两层之间具有一定的粘接力，所述裸电芯在自由状态下可保持结构和形态的固定，在遭受重物冲击时，所述裸电芯具有很强的抗变形能力。这不仅改善了锂离子电池的抗重物冲击性能，而且隔离膜的多孔结构还能够提高锂离子电池的动力学性能，改善界面，提高能量密度，具有多重优势。

具体实施方式

本发明提供一种电化学装置隔离膜，所述隔离膜包括多孔基膜层和设置在所述多孔基膜层的上表面和/或下表面的多孔网状功能层；所述多孔基膜层包含多孔基膜或至少一面经过涂覆的多孔基膜；所述多孔网状功能层包括至少一层多孔网状结构，且至少有一层包含有机材料或有机材料与无机材料的混合物。

所述多孔基膜的材料可选自聚烯烃、芳纶、聚酰亚胺、聚酯纤维、丙烯酸纤维、聚偏氟乙烯中的一种或几种。

所述多孔基膜涂覆所选的材料是有机材料或无机材料中的一种或几种；所述无机材料选自氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铈、碳酸钙、氧化钙、氧化锌、氧化镁、钛酸铈、钛酸钙、钛酸钡、磷酸锂、磷酸钛锂、磷酸钛铝锂、氮化锂、钛酸镧锂中的至少一种；所述有机材料选自丙烯酸树脂、聚烯烃、芳纶、聚酰亚胺、聚酯、甲基丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯、六氟乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种。

所述多孔网状功能层的至少一层包含的所述有机材料选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、六氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈及其共聚物中的至少一种；所述多孔网状功能层的至少一层包含的所述无机材料选自氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化铈、碳酸钙、氧化钙、氧化锌、氧化镁、钛酸铈、钛酸钙、钛酸钡、硫酸钡、磷酸锂、磷酸钛锂、磷酸钛铝锂、氮化锂、钛酸镧锂中的至少一种。

所述多孔网状功能层的厚度不大于10um，优选为0.5-3um。

所述多孔网状功能层的孔隙率不小于20％，优选50％-70％。