本實用新型屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池隔離膜。

背景技術(shù)：

近年來，隨著能源的枯竭和人們對環(huán)保的要求，電動汽車產(chǎn)業(yè)方面的發(fā)展日益迅速。鋰離子電池因其高能量密度和長循環(huán)壽命等特點，目前已成為電動汽車用動力能源的首選。但作為動力汽車的關(guān)鍵組成部分，鋰離子電池的安全性問題一直是動力汽車的一大障礙，因此鋰離子電池的安全問題備受人們關(guān)注。

鋰離子電池一般由電池殼體、電解液和裸電芯等組成。裸電芯由隔膜、正極片和負極片通過卷繞或者疊片的方式組裝而成?，F(xiàn)有的正、負極片一般是由正極或負極活性物質(zhì)分別和導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑等混合均勻后，涂布在隔離膜基體上，經(jīng)過烘干、輥壓等工序制作而成；而隔離膜則一般采用聚烯烴隔膜，如聚乙烯、聚丙烯等。由于鋰離子電池所使用的電極材料電化學(xué)反應(yīng)活性較高，且電解液中含有大量易燃的有機溶劑，電池在使用過程中容易發(fā)生因過充、短路、擠壓等引起的電池起火或爆炸。

關(guān)于電池安全問題，業(yè)界技術(shù)人員也作了許多的研究，除了在電池外部管理系統(tǒng)做了一系列研究工作之外，對電池內(nèi)部也有研究，主要體現(xiàn)在兩個方面：首先往電解液里加入防過充添加劑或阻燃添加劑等；其次在電池中設(shè)置PTC電阻元件（正溫度系數(shù)熱敏電阻）與電池串聯(lián)，利用PTC元件隨溫度增加電阻突變的特點來減小甚至切斷回路中的電流來起到保護電池的目的。然而，由于現(xiàn)有技術(shù)中一般是將PTC元件置于電池外部，因此其技術(shù)效果大多體現(xiàn)在改善過充，利用PTC元件電阻突然增大來切斷電流防止過充繼續(xù)發(fā)生；然而當電池發(fā)生內(nèi)短路，如進行針刺、擠壓等測試時，那些PTC元件就不能及時或者無法起到保護作用。

此外，現(xiàn)有技術(shù)中也有含PTC涂層的隔離膜，其將PTC涂層涂覆在隔離膜基體上，在電池的內(nèi)部發(fā)生熱失控時，構(gòu)成所述PTC涂層的低熔點PTC材料熔化并關(guān)閉隔離膜基體的孔以阻止電化學(xué)反應(yīng)進一步進行。這樣的設(shè)置雖然能夠在一定程度上起到提高電池的安全性能的作用，然而由于其涂覆在隔離膜基體之上，相當于一層保護膜包覆在隔離膜基體的外表面，這將大大降低鋰離子在隔離膜中的穿梭效率，從而影響鋰離子在正負極之間的傳輸速度，導(dǎo)致鋰離子電池循環(huán)性能和充放電倍率性能變差。此外，該種隔離膜的機械強度較低，當電池負極發(fā)生鋰枝晶時，很容易將隔離膜刺破，造成電池內(nèi)部短路，引發(fā)安全問題。

有鑒于此，確有必要提供一種具有高導(dǎo)離子性能，高機械強度和高安全性能的隔離膜，以保證鋰離子電池的品質(zhì)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種具有高導(dǎo)離子性能，高機械強度和高安全性能的隔離膜。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用如下技術(shù)方案：

一種鋰離子電池隔離膜，包括隔離膜基體和設(shè)置于隔離膜基體兩側(cè)的陶瓷涂層，還包括設(shè)置于所述隔離膜基體與所述陶瓷涂層之間的PTC材料層，所述PTC材料層由粘結(jié)劑和PTC材料混合制成；所述隔離膜還設(shè)置有若干貫穿所述隔離膜基體、所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的納米孔道，所述納米孔道的孔徑大小為0.01~10nm，所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的厚度均為0.01～5μm。

其中，所述PTC材料可為有機聚合物復(fù)合PTC材料或無機金屬氧化物PTC材料中的至少一種。優(yōu)選的，有機聚合物復(fù)合PTC材料可為聚乙烯與乙炔黑復(fù)合物。優(yōu)選的，無機金屬氧化物PTC 材料可為稀土元素釔摻雜的三氧化二釩。在此需要說明的是，所述PTC材料均為可以商購的公知材料。所述陶瓷涂層包括陶瓷顆粒和粘結(jié)劑，所述陶瓷顆?？蔀檠趸X、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅、氧化硅和氧化鋯中的一種或多種，所述粘結(jié)劑可為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和丁苯橡膠中的一種或多種。

本實用新型的作用原理為：由于PTC 材料是一種典型的具有溫度敏感性的材料，超過一定的溫度（熔化溫度）時，PTC材料熔化并關(guān)閉所述隔離膜基體的孔以阻止電化學(xué)反應(yīng)進一步進行。此外，即使當電池熱失控或發(fā)生鋰枝晶導(dǎo)致隔離膜基體的破壞時，陶瓷涂層的存在仍可抑制電池的正極和負極之間的短路，從而提高電池的安全性。而若干貫穿整個隔離膜的納米孔道的設(shè)置，則有利于鋰離子在隔離膜中的穿梭，并為流通的離子提供了距離更短的運動通道，使得離子的流動更為通暢，離子的自由流動性得到提升；從而有效提高鋰離子電池的循環(huán)性能和充放電倍率性能。

其中，當納米孔道的孔徑小于0.01nm時，由于孔徑過小而不利于鋰離子的穿梭，降低鋰離子的傳輸速度；當納米孔道的孔徑大于10nm時，由于孔徑過大而影響隔離膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，造成安全隱患。需要說明的是，該納米孔道由于較微細，因此并不會導(dǎo)致正負極間發(fā)生接觸短路。

當PTC材料層和陶瓷涂層的厚度低于0.01μm時，由于其不能足夠覆蓋對應(yīng)的隔離膜基體，在達到熔化溫度時不能起到完整的隔絕作用；而當PTC材料層和陶瓷涂層的厚度超過5μm時，將影響電池的能量密度，并造成材料浪費。

優(yōu)選的，所述納米孔道的形狀呈“S”字形。

優(yōu)選的，所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的厚度均為0.1～1μm。

優(yōu)選的，所述納米孔道的孔徑大小為0.01~1nm。

優(yōu)選的，所述納米孔道的孔隙率為20~50%，更優(yōu)選為40~50%。孔隙率過低，不利于鋰離子的穿梭；孔隙率過高，會影響隔離膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

優(yōu)選的，所述PTC材料層的涂覆面積大于或等于所述陶瓷涂層的涂覆面積。

優(yōu)選的，所述PTC材料的熔化溫度為80～120℃。

本實用新型的有益效果：本實用新型一種鋰離子電池隔離膜，包括隔離膜基體和設(shè)置于隔離膜基體兩側(cè)的陶瓷涂層，還包括設(shè)置于所述隔離膜基體與所述陶瓷涂層之間的PTC材料層，所述PTC材料層由粘結(jié)劑和PTC材料混合制成；所述隔離膜還設(shè)置有若干貫穿所述隔離膜基體、所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的納米孔道，所述納米孔道的孔徑大小為0.01~10nm，所述PTC材料層和所述陶瓷涂層的厚度均為0.01～5μm。本實用新型通過同時設(shè)置PTC材料層和陶瓷涂層，由于PTC 材料是一種典型的具有溫度敏感性的材料，超過一定的溫度（熔化溫度）時，PTC材料熔化并關(guān)閉所述隔離膜基體的孔以阻止電化學(xué)反應(yīng)進一步進行；此外，即使當電池熱失控或發(fā)生鋰枝晶導(dǎo)致隔離膜基體的破壞時，陶瓷涂層的存在仍可抑制電池的正極和負極之間的短路，從而提高電池的安全性。而若干貫穿整個隔離膜的納米孔道的設(shè)置，則有利于鋰離子在隔離膜中的穿梭，并為流通的離子提供了距離更短的運動通道，使得離子的流動更為通暢，離子的自由流動性得到提升；從而有效提高鋰離子電池的循環(huán)性能和充放電倍率性能。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-隔離膜基體；2-PTC材料層；3-陶瓷涂層；4-納米孔道。

具體實施方式

下面結(jié)合實施方式和說明書附圖，對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。

如圖1所示，一種鋰離子電池隔離膜，包括隔離膜基體1和設(shè)置于隔離膜基體1兩側(cè)的陶瓷涂層3，還包括設(shè)置于所述隔離膜基體1與所述陶瓷涂層3之間的PTC材料層2，所述PTC材料層2由粘結(jié)劑和PTC材料混合制成，所述PTC材料層2的涂覆面積大于或等于所述陶瓷涂層3的涂覆面積；所述隔離膜還設(shè)置有若干貫穿所述隔離膜基體1、所述PTC材料層2和所述陶瓷涂層3的納米孔道4，所述納米孔道4的孔徑大小為0.01~10nm，所述納米孔道4的孔隙率為20~50%，所述PTC材料層2和所述陶瓷涂層3的厚度均為0.01～5μm。

其中，所述PTC材料可為有機聚合物復(fù)合PTC材料或無機金屬氧化物PTC材料中的至少一種。優(yōu)選的，有機聚合物復(fù)合PTC材料可為聚乙烯與乙炔黑復(fù)合物。優(yōu)選的，無機金屬氧化物PTC 材料可為稀土元素釔摻雜的三氧化二釩；其中，所述PTC材料的熔化溫度為80～120℃。在此需要說明的是，所述PTC材料均為可以商購的公知材料。所述陶瓷涂層3包括陶瓷顆粒和粘結(jié)劑，所述陶瓷顆?？蔀檠趸X、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅和氧化鋯中的一種或多種，所述粘結(jié)劑可為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和丁苯橡膠中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述納米孔道4的形狀呈“S”字形。

優(yōu)選的，所述PTC材料層2和所述陶瓷涂層3的厚度均為0.1～1μm。

優(yōu)選的，所述納米孔道4的孔徑大小為0.01~1nm。

優(yōu)選的，所述納米孔道4的孔隙率為40~50%?？紫堵蔬^低，不利于鋰離子的穿梭；孔隙率過高，會影響隔離膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

本實用新型的作用原理為：由于PTC 材料是一種典型的具有溫度敏感性的材料，超過一定的溫度（熔化溫度）時，PTC材料熔化并關(guān)閉所述隔離膜基體1的孔以阻止電化學(xué)反應(yīng)進一步進行。此外，即使當電池熱失控或發(fā)生鋰枝晶導(dǎo)致隔離膜基體1的破壞時，陶瓷涂層3的存在仍可抑制電池的正極和負極之間的短路，從而提高電池的安全性。而若干貫穿整個隔離膜的納米孔道4的設(shè)置，則有利于鋰離子在隔離膜中的穿梭，并為流通的離子提供了距離更短的運動通道，使得離子的流動更為通暢，離子的自由流動性得到提升；從而有效提高鋰離子電池的循環(huán)性能和充放電倍率性能。

其中，當納米孔道4的孔徑小于0.01nm時，由于孔徑過小而不利于鋰離子的穿梭，降低鋰離子的傳輸速度；當納米孔道4的孔徑大于10nm時，由于孔徑過大而影響隔離膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，造成安全隱患。需要說明的是，該納米孔道4由于較微細，因此并不會導(dǎo)致正負極間發(fā)生接觸短路。當PTC材料層2和陶瓷涂層3的厚度低于0.01μm時，由于其不能足夠覆蓋對應(yīng)的隔離膜基體1，在達到熔化溫度時不能起到完整的隔絕作用；而當PTC材料層2和陶瓷涂層3的厚度超過5μm時，將影響電池的能量密度，并造成材料浪費。

下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。

實施例一

首先制備含PTC材料的漿料：PTC材料選用稀土元素釔摻雜的三氧化二釩，其熔化溫度為120℃。首先球磨該PTC材料3h，將球磨后的PTC、粘結(jié)劑聚四氟乙烯按照90:10的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成含PTC材料的漿料；將含PTC材料的漿料涂覆在隔離膜基體1上，烘烤除去溶劑，在隔離膜基體1上形成厚度為1μm的PTC材料層2；反面同樣涂覆相同厚度的PTC材料的漿料，烘烤除去溶劑。

其次制備隔離膜的陶瓷涂層3：陶瓷材料選用氧化鋁，首先球磨該氧化鋁顆粒2h，將氧化鋁、聚四氟乙烯按照92:8的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成陶瓷涂層3漿料，將陶瓷涂層3漿料涂覆于形成在隔離膜基體1之上的PTC材料層2上，涂覆面積與PTC材料層2的涂覆面積一致，經(jīng)烘烤除去溶劑，在PTC材料層2上形成陶瓷涂層3；反面制備工藝相同；然后對隔離膜進行納米孔道4處理，納米孔道4的形狀呈“S”字形，其中孔徑大小為0.01nm，孔隙率為50%，即得到鋰離子電池隔離膜。

實施例二

首先制備含PTC材料的漿料：PTC材料選用聚乙烯與乙炔黑復(fù)合物，其熔化溫度為80℃。首先球磨該PTC材料3h，將球磨后的PTC、粘結(jié)劑聚偏氟乙烯按照92:8的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成含PTC材料的漿料；將含PTC材料的漿料涂覆在隔離膜基體1上，烘烤除去溶劑，在隔離膜基體1上形成厚度為0.1μm的PTC材料層2；反面同樣涂覆相同厚度的PTC材料的漿料，烘烤除去溶劑。

其次制備隔離膜的陶瓷涂層3：陶瓷材料選用氧化鋯，首先球磨該氧化鋯顆粒2h，將氧化鋯、聚偏氟乙烯按照94:6的質(zhì)量比與溶劑N-甲基吡咯烷酮混合均勻制成陶瓷涂層3漿料，將陶瓷涂層3漿料涂覆于形成在隔離膜基體1之上的PTC材料層2上，涂覆面積與PTC材料層2的涂覆面積一致，經(jīng)烘烤除去溶劑，在PTC材料層2上形成陶瓷涂層3；反面制備工藝相同；然后對隔離膜進行納米孔道4處理，納米孔道4的形狀呈“S”字形，其中孔徑大小為0.1nm，孔隙率為20%，即得到鋰離子電池隔離膜。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo)，本實用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本實用新型并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對本實用新型的一些修改和變更也應(yīng)當落入本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語，但這些術(shù)語只是為了方便說明，并不對本實用新型構(gòu)成任何限制。