CN101345295B - 一种锂电池用隔膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种锂电池用隔膜的处理方法，采用常规质地的隔膜本体并于其表面涂布通用或专用的聚合物溶液，涂布方法为均匀地在隔膜本体正反双面表面总面积的30～70％上涂布聚合物溶液，涂布区域和空白区域间依次轮流排布。涂布采用涂布辊完成，涂布辊的辊本体为圆柱体，在该圆柱体的表面周向上设有实现凸版涂布的方形圆环，该方形圆环为闭环且与所述圆柱体连成一体并延辊本体轴向相间均匀分布；涂布后隔膜即进入烘道，烘道内的温度从前到后依次升高形成温度梯度，烘干后即分切卷扎、供锂一次或二次电池的装配和使用。本发明方法处理的隔膜表面均匀，有一定的孔隙率，防止隔膜局部起皱，有效的避免了传统处理方法所面临的问题，在保证电池性能的同时提供了一种切实可靠的处理方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于软包装结构锂电池中的隔膜制备方法，尤其是指涂布在隔膜表面上的溶液的制备方法以及配制好的溶液的涂布方法和专用涂布装置。
背景技术
近年来，随着便携式产品地不断地小型化、多功能化，对电池的要求越来越高，电池的尺寸极大的影响着便携式产品的大小，电池的容量同时也极大的影响着便携式产品的使用时间。同时，近来不断发生的锂离子电池安全事故也使人们对电池的安全性能提出了更高的要求。
在生产实践中鲤电池常用隔膜为聚乙烯薄膜(PE)、聚丙烯薄膜(PP)和聚乙烯和聚丙烯的三层复合薄膜(PP/PE/PP)，由于材质本身的原因，此种类型的聚烯烃隔膜与电极间的界面效应过大，与电解液的润湿性能差，而且常用卷绕结构电池由于卷绕时应力不均匀，电极和隔膜之间很难保证紧密和均匀的接触，因此电池性能会在一定程度上受到影响，大型号的电池由于电极和隔膜接触面积较大，对性能的影响更加明显。
现有的隔膜制备技术多为将隔膜浸泡于已配置好的聚合物溶液中，然后取出烘干。这种技术在实际操作过程中存在很多问题：①浸泡过程很难控制聚合物附着在隔膜上的厚度：②浸泡过程很难控制聚合物附着在隔膜上的均匀性：③浸泡工艺导致聚合物附着面积过大，使隔膜孔隙率急剧下降，影响电池性能。在专利CN200480015062.4当中提到了新的隔膜制备方法，其解决了传统隔膜制备方法中聚合物在隔膜上附着面积过大的问题，其凹版印刷的方法虽然可保证每个小格内浆料的量比较均匀，但很难保证凹版中的浆料全部涂布在隔膜上，这样就难以保证涂布的均匀性。
发明内容
本发明需解决的问题是提供一种可解决上述问题的可靠的隔膜制备方法，包括涂布在隔膜表面上的溶液的制备方法及配制好的溶液的涂布方法和专用涂布装置。
根据上述需解决的问题设计了一种锂电池用隔膜的制备方法。采用常规质地的隔膜本体并在隔膜本体的正反双面表面涂布通用的聚合物溶液。涂布方法为：均匀地在隔膜本体双面表面总面积的30～70％上涂布通用的聚合物溶液，涂布区域和空白区域间依次轮流排布，涂布区等宽，空白区等宽。所述的涂布利用涂布辊完成，涂布速度为1～3米/分钟，单面涂布厚度1～3微米；涂布后隔膜即进入烘道，烘道内的温度从前到后依次升高形成温度梯度，温度梯度范围在5～20摄氏度，烘道温度设定范围在50～80摄氏度。所述的涂布辊为特制辊，辊本体为圆柱体，在该圆柱体的表面周向上设有实现凸版涂布的方形圆环，该方形圆环为闭环且与所述圆柱体连成一体并延辊本体轴向相间均匀分布。
对前述锂电池用隔膜的制备方法的改进表现在采用专用的表面涂布聚合物溶液。实施时，均匀地在隔膜本体正反双面表面总面积的30～70％上涂布聚合物溶液且涂布区域和空白区域间依次轮流排布，涂布区等宽，空白区等宽；所述的聚合物溶液由溶剂和聚合物组成，聚合物的浓度为1.0～3.0％，所述的聚合物选自偏1，1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物PVDF-HFP、偏1，1-二氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物PVDF-CTFE、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种；所述的溶剂由溶解聚合物的常规有机溶剂和常规相分离剂组成。其中，所述的隔膜本体材质选自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯/聚丙烯复合膜，所述的隔膜本体材质厚度为5～80微米。溶解聚合物的常规有机溶剂是指碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、丙酮、乙酸乙酯当中的一种或几种，常规相分离剂是指异丙醇、正辛烷、正庚烷、正壬烷当中的一种或几种。
涂布是由设置在专用装置中的涂布辊完成，涂布速度为1～3米/分钟，单面涂布厚度1～3微米；涂布后隔膜即进入烘道，烘道内的温度从前到后依次升高形成温度梯度，温度梯度范围在5～20摄氏度，烘道温度设定范围在50～80摄氏度。所使用的涂布辊的辊本体为圆柱体。在该圆柱体的表面周向上设有实现凸版涂布的方形圆环，该方形圆环为闭环且与所述圆柱体连成一体并延辊本体轴向相间均匀分布。
具体操作时的涂布的步骤为：
一，将上述常规相分离剂按照1～20％的体积含量与上述的溶解聚合物的常规有机溶剂混合配制有机溶剂空白液，称为处理浆料B；
二，将上述的聚合物按照1.0～3.0％的质量含量溶解于上述的溶解聚合物的常规有机溶剂中，配制成均匀的聚合物溶液，再向该聚合物溶液中加入上述的常规相分离剂并混合均匀，相分离剂按照1～20％的体积含量加入上述聚合物溶液中，称之为处理浆料A；
三，使待涂布隔膜以1～3米/分钟的速度匀速通过处理浆料B，使待涂布隔膜完全润湿；
四，使已润湿的隔膜按1～3米/分钟的涂布速度通过浸满处理浆料A的涂布辊完成涂布；
五，涂布辊设置于烘道前且于涂布后即完成烘干，分切卷扎后待用。所述隔膜单面的涂布厚度为1～3微米。
采用本发明方法处理的隔膜表面处理均匀，且可保证一定的孔隙率。有效的避免了传统处理方法所面临的问题，在保证电池性能的同时提供了一种切实可靠的处理方法。
附图说明
附图1是本发明所用涂布辊的主视全剖示意图；附图2是采用本发明实施例1的方法所制作的锂离子二次电池1.0C充放电循环测试结果示意图；附图3是采用本发明实施例2的方法所制作的锂一次电池放电结果。
具体实施方式
本发明的主旨是通过改变隔膜表面涂布层的分布形式和涂布层的成份，以间接的方式促进和提高锂电池电解液的活性，由此改善电池的整体性能。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，其中溶液中各个原材料的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。另外，本发明方法同时适用于一次和二次锂电池，故为节约篇幅，仅以一次和二次锂电池备一项的实施例加以说明。
首先，简述本发明方法的基本方案。采用常规质地的隔膜本体并在隔膜本体的表面涂布聚合物溶液。涂布方法为：均匀地在隔膜本体正反双面表面总面积的30～70％上涂布聚合物溶液，涂布区域和空白区域间依次轮流排布，涂布区等宽，空白区等宽。所述的涂布利用涂布辊完成，该涂布辊为特制辊，辊本体为圆柱体，在该圆柱体的表面周向上设有实现凸版涂布的方形圆环，该方形圆环为闭环且与所述圆柱体连成一体并延辊本体轴向相间均匀分布，其凸起的方形圆环宽度范围为0.5～50毫米。凸起部分间隔范围为0.5～50毫米。涂布时隔膜的行走速度为1～3米/分钟。单面涂布厚度1～3微米；涂布后隔膜即进入烘道，烘道内的温度从前到后依次升高形成温度梯度，温度梯度范围在5～20摄氏度，烘道温度设定范围在50～80摄氏度。
实施例1。本实施例以锂离子二次电池为例对本发明的细节加以说明。常规的锂离子二次电池是由正极、负极、正极端子、负极端子、电解液、隔膜、铝塑膜外壳等零部件所构成。其中，
正极的制作方法：将正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂以一定的比例混合并搅拌均匀，将搅拌好的正极活性物质经过涂布、辊压、裁片、分条和正极端子焊接等工序制作成正极：
负极的制作方法：将负极活性物质、导电剂、粘结剂、分散剂和溶剂以一定的比例混合并搅拌均匀。将搅拌好的负极活性物质经过涂布、辊压、裁片、分条和负极端子焊接等工序制作成负极：正、负极的制作方法均为常规方法。
隔膜的材质为常规材料。多采用聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯/聚丙烯复合薄膜中的一种。对隔膜的处理为本发明的发明点所在，既可应用于常规涂布处理方案中，也可采用本发明涉及的专用涂布方法。现仅对本发明涉及的专用涂布方法进行说明，常规涂布复制步骤即可。
隔膜处理：①采用丙酮和碳酸二甲酯按照2∶3的比例混合均匀；②将偏1，1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物溶解在丙酮和碳酸二甲酯的混和溶液中，配制成浓度为1.0％的溶液；③向第2步配制好的溶液中加入10％的正辛烷，并混合均匀，如此处理浆料A配制完成：④参照步骤1配制丙酮和碳酸二甲酯按照2∶3的比例混合的溶液，再在此混合溶液中加入1～20％的相分离剂，如此处理浆料B配制完成；⑤将聚乙烯隔膜以1米/分钟的速度通过处理浆料B，然后同时以1米/分钟的速度通过涂布辊，将处理浆料A均匀的涂布在隔膜上，涂布机烘箱温度从涂布辊处开始分别为：50℃、55℃、60℃、65℃和70℃；⑥将已涂布完毕的隔膜通过隔膜分切机分切为需要的规格。
隔膜处理完毕后即可进入电池组装阶段。
电池组装：将上述正极、负极和隔膜卷绕成卷芯装入已事先成型的铝塑膜外壳中，经注液、封口、化成和分容等工序完成电池组装。
现对通过前述步骤得到的容量700mAh、内阻45mQ的二次锂离子电池进行测试。测试方法和结果如下：
电池循环测试：①搁置5分钟：②采用700mA(1.0C)的电流恒流充电至4.2V：③恒定电压4.2V恒压充电至电流下降至30mA为止：④采用700mA(1.0C)的电流恒流放电至3.0V：⑤对第1步到第4步重复循环400次。取第四步恒流放电容量为本循环的容量，要求第400次循环的放电容量为第1次循环的放电容量的80％以上。参见图2。
实施例2。本实施例以锂一次电池为例对本发明的细节加以说明。
常规的锂一次电池是由正极、负极、正极端子、负极端子、电解液、隔膜、铝塑膜外壳等零部件所构成。其中，
正极的制作方法：将正极活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂以一定的比例混合并搅拌均匀，将搅拌好的正极活性物质经过制膜、辊压、裁片、分条和正极端子焊接等工序制作成正极。
负极的制作方法：将负极活性物质、导电剂、粘结剂、分散剂和溶剂以一定的比例混合并搅拌均匀，将搅拌好的负极活性物质经过制膜、辊压、裁片、分条和负极端子焊接等工序制作成负极。
隔膜所采用的材质及作用如实施例1。
隔膜处理：①采用丙酮和碳酸二甲酯按照2∶3的此例混合均匀；②将偏1，1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物溶解在丙酮和碳酸二甲酯的混和溶液中，配制成浓度为1.0％的溶液；③向第2步配制好的溶液中加入10％的正辛烷，并混合均匀，如此处理浆料A配制完成：④参照步骤1配制丙酮和碳酸二甲酯按照2∶3的比例混合的溶液，再在此混合溶液中加入1～20％的相分离剂，如此处理浆料B配制完成；⑤将聚乙烯隔膜以1米/分钟的速度通过处理浆料B，然后同时以1米/分钟的速度通过涂布辊，将处理浆料A均匀的涂布在隔膜上，涂布机烘箱温度从涂布辊处开始分别为：50℃、55℃、60℃、65℃和70℃；⑥将已涂布完毕的隔膜通过隔膜分切机分切为需要的规格。
隔膜处理完毕后即可进入电池组装阶段。
电池组装：将上述正极、负极和隔膜卷绕成卷芯装入已事先成型的铝塑膜外壳中。经注液、封口、预放电和老化等工序完成电池组装。
现对本实施例中通过前述步骤得到的容量900mAh一次锂电池进行测试，测试方法和结果如下：
电池放电测试：①搁置2分钟；②采用30mA的电流恒流放电至2.0V；③搁置10分钟；④采用5mA的电流恒流放电至2.0V；⑤采用1mA的电流恒流放电至2.0V。参见图3。
Claims (4)
1.一种锂电池用隔膜的制备方法，采用常规质地的隔膜本体并在隔膜本体双面的表面涂布通用的聚合物溶液，其特征是：
所述涂布的方法为均匀地在隔膜本体双面表面总面积的30～70％上涂布通用的聚合物溶液，涂布区域和空白区域间依次轮流排布，涂布区等宽，空白区等宽；
所述的涂布采用涂布辊完成，涂布速度为1～3米/分钟，单面涂布厚度1～3微米：涂布后隔膜即进入烘道，烘道内的温度从前到后依次升高形成温度梯度，温度梯度范围在5～20摄氏度，烘道温度设定范围在50～80摄氏度；
所述涂布辊的辊本体为圆柱体，在该圆柱体的表面周向上设有实现凸版涂布的方形圆环，该方形圆环为闭环且与所述圆柱体连成一体并沿辊本体轴向相间均匀分布。
2.一种锂电池用隔膜的制备方法，采用常规质地的隔膜本体并在隔膜本体的表面涂布聚合物溶液，其特征是：
所述的涂布的方法为均匀地在隔膜本体双面表面总面积的30～70％上涂布聚合物溶液且涂布区域和空白区域间依次轮流排布，涂布区等宽，空白区等宽：
所述的聚合物溶液由溶剂和聚合物组成，所述的聚合物选自偏1，1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物PVDF-HFP、偏1，1-二氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物PVDF-CTFE、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种；
所述的溶剂由溶解聚合物的常规有机溶剂和常规相分离剂组成；
所述的涂布采用涂布辊完成，涂布速度为1～3米/分钟，单面涂布厚度1～3微米；涂布后隔膜即进入烘道，烘道内的温度从前到后依次升高形成温度梯度，温度梯度范围在5～20摄氏度，烘道温度设定范围在50～80摄氏度；
所述涂布辊的辊本体为圆柱体，在该圆柱体的表面周向上设有实现凸版涂布的方形圆环，该方形圆环为闭环且与所述圆柱体连成一体并沿辊本体轴向相间均匀分布；
所述的涂布的步骤为：
一，将所述常规相分离剂按照1～20％的体积含量与所述的溶解聚合物的常规有机溶剂混合配制成有机溶剂空白液，称为处理浆料B；
二，将所述的聚合物按照1.0～3.0％的质量含量溶解于所述的溶解聚合物的常规有机溶剂中，配制成均匀的聚合物溶液，再向该聚合物溶液中加入所述的常规相分离剂并混合均匀，相分离剂按照1～20％的体积含量加入上述聚合物溶液中，称之为处理浆料A；
三，使待涂布隔膜以1～3米/分钟的速度匀速通过处理浆料B，使待涂布隔膜完全润湿；
四，使已润湿的隔膜按1～3米/分钟的涂布速度通过浸满处理浆料A的涂布辊完成涂布；
五，涂布辊设置于烘道前且于涂布后即完成烘干，分切卷扎后待用。
3.根据权利要求2所述的锂电池用隔膜的制备方法，其特征是：所述的隔膜本体材质选自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯/聚丙烯复合膜，所述的隔膜本体材质厚度为5～80微米。
4.根据权利要求2所述的锂电池用隔膜的制备方法，其特征是：所述的溶解聚合物的常规有机溶剂由碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、丙酮、乙酸乙酯当中的一种或几种所构成，所述的常规相分离剂由异丙醇、正辛烷、正庚烷、正壬烷当中的一种或几种所构成。
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