CN102148344B - 一种锂离子电池隔膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池隔膜的制备方法，首先配制悬浮液，再将悬浮液涂覆在多孔柔性基体上，然后干燥至溶剂含量为10-20%进行轧压处理，继续干燥完全得到锂离子电池隔膜。本发明锂离子电池隔膜的制备方法，在涂层干燥至溶剂含量为10-20wt%时采用轧压处理，可以显著提高电绝缘纳米粒子与多孔柔性基体的结合力，从而为隔膜的耐高温性能提供保障。本发明锂离子电池隔膜的孔隙率为60-70%，孔径50-110nm，能够耐受最高400℃的高温。

Description

一种锂离子电池隔膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池隔膜的制备方法。
背景技术
锂离子电池具有循环使用寿命长，比能量高，安全性能好，而且体积小、质量轻、无记忆性等特点，广泛应用于手机、笔记本电脑等领域，锂离子电池一般采用叠层或卷绕的方式组装，正负极片在叠层或卷绕过程中通过隔膜隔开，防止正负极之间直接产生电子通路，同时要求正负极片所处的电解液中的离子自由穿过隔膜，形成离子电流，因此要求隔膜具有良好的电绝缘性和能够让离子通过的多微孔结构。目前的隔膜是在多孔基材上涂覆涂层组合物制成，涂层组合物一般是由烯烃聚合物和纳米颗粒填充物组成。CN101281961A公开了一种锂离子电池隔膜用涂层组合物及其隔膜，其中涂层组合物是由粘结剂和电绝缘纳米颗粒组成，制备隔膜时将粘结剂和电绝缘纳米颗粒用溶剂制成悬浮液，然后将其涂覆在多孔柔性基体上，加热烘干得到隔膜。
但是近年来锂离子电池已逐步拓展到电动自行车及电动汽车领域，正朝着大功率、大电流方向发展，锂离子电池的隔膜工作温度也随之提高，隔膜容易在热胀冷缩的作用下造成涂层中电绝缘纳米颗粒的剥落，使隔膜的微孔结构在高温工作环境下产生闭塞，导致离子穿越隔膜受阻，会进一步的提高电池的工作温度，从而加速锂离子电池的损坏，最终降低电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池隔膜的制备方法，提高隔膜的耐高温能力，避免隔膜中电绝缘纳米粒子在工作中脱落。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种锂离子电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：
1）将粘结剂10-60份和电绝缘纳米颗粒10-30份用溶剂配制成悬浮液；
2）将配置的悬浮液均匀的涂覆在多孔柔性基体上形成涂层， 
3）将涂覆有涂层的多孔柔性基体于60-130℃下加热干燥，至涂层的溶剂含量为10-20wt%，再对涂层进行轧压，轧压的强度为30-300 N/cm2，然后继续于100-160℃烘焙至完全干燥，得到锂离子电池隔膜。
步骤2）所述涂层的涂覆厚度为1～10μm；
向步骤1）配制的悬浮液中加入0.1-5份分散剂。
所述溶剂选用N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。
所述分散剂聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、聚丙烯中的一种或其任意组合。
步骤1）所述配制的悬浮液的固含量为35-65wt%。
所述粘结剂为聚偏氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、氟化乙烯和六氟丙烯聚合物中的一种或其任意组合。
所述电绝缘纳米颗粒为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、粘土中的一种或其任意组合。
所述电绝缘纳米颗粒的粒径为3-800纳米。
本发明锂离子电池隔膜的制备方法，在涂层干燥至溶剂含量为10-20wt%时采用轧压处理，可以显著提高电绝缘纳米粒子与多孔柔性基体的结合力，从而为隔膜的耐高温性能提供保障。在涂层加热干燥过程中溶剂不断的散失，电绝缘纳米粒子与粘结剂之间变得疏松从而电绝缘纳米粒子的粘结强度降低，在合适的时机对涂层进行轧压处理，使电绝缘纳米粒子与粘结剂之间变得致密，从而加强了电绝缘纳米粒子与粘结剂的粘接强度，避免在以后的使用过程中因热胀冷缩导致电绝缘纳米粒子脱落的问题。如果溶剂含量过大时，涂层依然具有很大的流动性，而且涂层上的孔隙正在形成，此时轧压会显著降低涂层上孔隙，从而影响隔膜的孔隙率，还会使涂层向四周延展，降低单位面积上的涂层涂覆量；如果溶剂含量过小，涂层已经基本干结，此时再进行轧压并不能使电绝缘纳米粒子与粘结剂之间变得致密，已经不会对涂层产生实质性的影响。因此本发明选择在涂层干燥至溶剂含量为10-20wt%进行轧压，而且在轧压后进行快速干燥，避免再次出现电绝缘纳米粒子与粘结剂之间的疏松问题，加强了电绝缘纳米粒子与粘结剂的粘结强度，另外又不会影响隔膜的孔隙率。本发明锂离子电池隔膜的孔隙率为60-70%，孔径50-110nm，能够耐受最高400℃的高温。
具体实施方式
实施例1
本实施例的锂离子电池隔膜的制备方法如下：
1）取一定量的N-甲基吡咯烷酮加入容器中，加热至90℃加入10份的聚偏氯乙烯搅拌至完全溶解，再加入10份氧化铝（粒径为10nm），并持续搅拌90分钟得到悬浮液，悬浮液的固含量为35wt%；
2）将配置的悬浮液均匀的涂覆在多孔柔性基体上形成涂层，涂层的涂覆厚度为1μm，多孔柔性基体为聚烯烃多孔薄膜； 
3）将涂覆有涂层的多孔柔性基体于60℃下加热干燥，至涂层的溶剂含量为10wt%，再对涂层进行轧压，轧压的强度为300 N/cm2，然后继续于100℃烘焙至完全干燥，得到锂离子电池隔膜。
本实施例的锂离子电池隔膜的孔隙率为60%，孔径为50nm，厚度为15μm，能够耐受300℃的高温，纵向拉伸强度为210MPa，横向拉伸强度为140MPa，离子导电性3.4×10-3σ/S·cm-1。
实施例2
本实施例的锂离子电池隔膜的制备方法如下：
1）取一定量的N，N-二甲基丙烯酰胺加入容器中，加热至90℃加入30份的聚丙烯酸搅拌至完全溶解，再加入20份氧化锆（粒径为200nm）和5份聚乙烯吡咯烷酮，并持续搅拌90分钟得到悬浮液，悬浮液的固含量为50wt%；
2）将配置的悬浮液均匀的涂覆在多孔柔性基体上形成涂层，涂层的涂覆厚度为10μm，多孔柔性基体为聚烯烃多孔薄膜； 
3）将涂覆有涂层的多孔柔性基体于90℃下加热干燥，至涂层的溶剂含量为15wt%，再对涂层进行轧压，轧压的强度为120 N/cm2，然后继续于130℃烘焙至完全干燥，得到锂离子电池隔膜。
本实施例的锂离子电池隔膜的孔隙率为70%，孔径为110nm，厚度为60μm，能够耐受400℃的高温，纵向拉伸强度为205MPa，横向拉伸强度为125MPa，离子导电性9.8×10-3σ/S·cm-1。
实施例3
本实施例的锂离子电池隔膜的制备方法如下：
1）取一定量的N，N-二甲基甲酰胺加入容器中，加热至90℃加入60份的聚四氟乙烯搅拌至完全溶解，再加入30份碳酸钙（粒径为800nm）和0.1份聚乙二醇，并持续搅拌90分钟得到悬浮液，悬浮液的固含量为65wt%；
2）将配置的悬浮液均匀的涂覆在多孔柔性基体上形成涂层，涂层的涂覆厚度为5μm ，多孔柔性基体为聚烯烃多孔薄膜； 
3）将涂覆有涂层的多孔柔性基体于130℃下加热干燥，至涂层的溶剂含量为20wt%，再对涂层进行轧压，轧压的强度为30 N/cm2，然后继续于160℃烘焙至完全干燥，得到锂离子电池隔膜。
本实施例的锂离子电池隔膜的孔隙率为65%，孔径为80nm，厚度为30μm，能够耐受350℃的高温，纵向拉伸强度为240MPa，横向拉伸强度为150MPa，离子导电性2.0×10-2σ/S·cm-1。
本发明中的粘结剂、电绝缘纳米粒子和多孔柔性基体，针对现有的隔膜或涂层材料可以进行常规选择。所采用的溶剂也可以根据现有隔膜材料进行常规选择，凡是采用干燥过程中轧压的技术方案，应当落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1. 一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）将粘结剂60份和电绝缘纳米颗粒30份用溶剂配制成悬浮液，向所述配制的悬浮液中加入0.1份分散剂，得到的悬浮液的固含量为65wt%；所述分散剂为聚乙二醇；所述溶剂选用N，N-二甲基甲酰胺；所述粘结剂为聚四氟乙烯；所述电绝缘纳米颗粒为碳酸钙，所述电绝缘纳米颗粒的粒径为800纳米；
2）将配置的悬浮液均匀的涂覆在多孔柔性基体上形成涂层，所述涂层的涂覆厚度为5μm，多孔柔性基体为聚烯烃多孔薄膜；
3）将涂覆有涂层的多孔柔性基体于130℃下加热干燥，在涂层加热干燥过程中溶剂不断的散失，电绝缘纳米粒子与粘结剂之间变得疏松从而电绝缘纳米粒子的粘结强度降低，加热干燥至涂层的溶剂含量为20wt%，再对涂层进行轧压，轧压的强度为30 N/cm2，使电绝缘纳米粒子与粘结剂之间变得致密，从而加强了电绝缘纳米粒子与粘结剂的粘接强度，避免在以后的使用过程中因热胀冷缩导致电绝缘纳米粒子脱落的问题，然后继续于160℃烘焙至完全干燥，得到锂离子电池隔膜，通过在轧压后进行快速干燥，避免再次出现电绝缘纳米粒子与粘结剂之间的疏松问题，加强了电绝缘纳米粒子与粘结剂的粘结强度，另外又不会影响隔膜的孔隙率，所述锂离子电池隔膜的孔隙率为65%，孔径为80nm，厚度为30μm，能够耐受350℃的高温，纵向拉伸强度为240MPa，横向拉伸强度为150MPa，离子导电性2.0×10-2σ/S·cm-1。
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