CN102522514A

CN102522514A - 一种耐高温微孔薄膜材料及其应用

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Publication number: CN102522514A
Application number: CN2011104334008A
Authority: CN
Inventors: 方开东; 徐继亮
Original assignee: LAIZHOU LIANYOU JINHAO NEW MATERIALS Co Ltd
Current assignee: LAIZHOU LIANYOU JINHAO NEW MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: CN102522514B

Abstract

本发明涉及一种耐高温微孔薄膜材料，是由无机纤维、合成纤维、天然有机纤维、纳米无机粉末和粘合剂，通过湿法造纸结合涂布技术一次成型的非织造布材料，呈三维网状结构，具有90％以上的孔隙率。所述耐高温微孔薄膜材料，具有突出的耐高温性能，在260℃时长时间保持优异的尺寸及结构稳定性；具有优异的吸液和保液能力、均匀性良好的三维立体孔，平均孔径在0.02μm～2.5μm。该种耐高温微孔薄膜材料可用作锂离子动力电池隔膜、超级电容器隔膜或用作过滤材料。

Description

一种耐高温微孔薄膜材料及其应用

技术领域

本发明涉及一种新型材料的制备和应用；尤其是涉及一种耐高温微孔薄膜材料及其应用。

背景技术

锂离子电池因为具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应等优点，近年来得到快速发展，特别随着锂离子动力电池在电动汽车的成功应用，发展速度达到空前。但是锂离子动力电池的安全性一直是制约其发展的关键问题，隔膜正是关乎锂离子动力电池安全性的关键组成部分。隔膜是具有多孔结构的电绝缘性薄膜，主要作用是隔离正、负极，并使电池内的电子不能自由穿过，同时能够让电解质离子通过，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环寿命等特性，因此隔膜需要具有高的孔隙率、良好的机械性能、良好的化学稳定性和电化学稳定性，在反复充放电过程中对电解液保持高度浸润性，同时具有非常好的高温稳定性。

目前，锂离子电池隔膜主要为聚烯烃薄膜，该隔膜材质的局限性在于：耐温性能有限，通常低于150℃，使得锂离子电池的安全性降低；对电解液浸润性能差、保持能力差，从而影响电池的循环性能，此类隔膜静电较大，容易在电池制造过程中引起电池短路，因此不适合作为电动汽车应用的锂离子动力电池隔膜。

隔膜在锂离子动力电池中占据非常重要的地位，也是锂离子动力电池材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，生产动力电池隔膜的技术和装备都被列入西方对中国限制出口的清单，全球90％的隔膜产能把握在美国、日本和欧洲个别企业手中，中国所需动力电池隔膜全部需要进口。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中隔膜材料耐高温性能差、机械强度低、吸液能力和保液能力差、空隙率低、静电大的缺点，提供一种耐高温、抗静电、高孔隙率、高保液能力、电解液吸液性能优异的耐高温微孔薄膜材料，可用作锂离子动力电池隔膜、超级电容器隔膜或过滤材料。

本发明目的由以下技术方案实现：

一种耐高温微孔薄膜材料，其是由无机纤维、合成纤维、天然有机纤维、超细无机粉末和粘合剂作为原料，通过湿法造纸，结合涂布一次成型制成的非织造布材料，其具有三维网状结构，具有90％以上的孔隙率。

其中湿法造纸结合涂布技术一次成型的具体步骤可以是：

(1)配制涂布液：将超细无机粉末所需重量的10％和所需粘合剂配成均匀的水性涂布液备用；

(2)将无机纤维、合成纤维、天然有机纤维裁成2mm～15mm的超短纤维与剩余部分超细无机粉末，使用湿法造纸技术，经打浆、成型、脱水，然后使用涂布液进行湿法涂布，再进行压轧、烘干，以上根据产品设计技术要求进行面密度的控制，通过压轧机进一步调整产品所需厚度，卷取、包装，制成耐高温微孔薄膜材料。

本发明采用无机纤维、合成纤维、天然有机纤维、超细无机粉末和粘合剂，通过湿法造纸结合涂布技术一次成型，这样得到的耐高温微孔薄膜材料呈三维网状结构，具有90％以上的孔隙率和非常大的比表面积，对电解液具有优异的吸液能力和保液能力，有利于提高隔膜材料离子导电率，降低电池内阻，适合大电流放电，对提高锂离子动力电池、超级电容器的综合性能有很大帮助；本发明的构成材料为性能较高的材料，因此在260℃时长时间保持尺寸及结构的稳定，和聚烯烃隔膜材料相比，安全性能有了非常大的提高；由于材料是通过湿法造纸结合涂布技术一次成型，这样使本发明结构呈三维网状，具有均匀性良好的三维立体孔，平均孔径在0.02μm～2.5μm，这种结构孔可有效避免因为针孔造成的内部短路现象；同时本发明材料具有优异抗大力度撞击能力，减少因刺穿造成的短路问题，进一步提高了电池的安全性，使本发明材料优选用于锂离子动力电池隔膜等，能更好地满足电动汽车所需高性能电池的使用。

本发明的耐高温微孔薄膜材料，其中所述耐高温微孔薄膜材料在260℃时，尺寸及结构稳定不变。

本发明的耐高温微孔薄膜材料，其中所述无机纤维优选为超细玻璃纤维、陶瓷纤维、氢氧化镁纤维、氧化锆纤维、氧化铝纤维中的一种；无机纤维的直径为0.6μm～3.0μm。

本发明的耐高温微孔薄膜材料，其中所述合成纤维优选为PET纤维或原纤化芳纶纤维；合成纤维的直径为2μm～4μm。

本发明的耐高温微孔薄膜材料，其中所述天然有机纤维优选为纤维素纤维；天然有机纤维的直径为0.3μm～0.5μm。

本发明的耐高温微孔薄膜材料，其中所述超细无机粉末优选为纳米氧化物粉末，如氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化镁、氧化铈中的一种；超细无机粉末的粒径为0.2μm～0.3μm。

本发明的耐高温微孔薄膜材料，其中所述粘合剂优选为水性PTFE、PVDF、丙烯酸酯、纤维素中的一种或几种。

本发明的耐高温微孔薄膜材料，其中所述原料按重量比计，优选为：无机纤维30％～35％，合成纤维40％～50％，天然有机纤维10％～15％，超细无机粉末5％～8％，粘合剂2％～10％。

本发明的耐高温微孔薄膜材料，具有耐高温，抗静电，化学稳定性好，空隙率高，保液能力强，吸液率高等性能，同时具有良好的机械强度，较小的孔径，和优异的高温稳定性。可有效的提高动力电池的综合性能和安全性。因此非常适用作锂离子动力电池隔膜、超级电容器隔膜，另外也可作为过滤材料使用。

具体实施方式

为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明：

本发明提供的是一种耐高温微孔薄膜材料，是由无机纤维、合成纤维、天然有机纤维、超细无机粉末和粘合剂，通过湿法造纸结合涂布技术一次成型的非织造布材料。

涂布液的配制：将超细无机粉末所需重量的10％和粘合剂所需重量根据要求配成均匀的水性涂布液备用。

将无机纤维、合成纤维、天然有机纤维裁成2mm～15mm的超短纤维与剩余部分超细无机粉末，使用湿法造纸技术，经打浆、成型、脱水，然后使用涂布液进行湿法涂布，再进行压轧、烘干，以上根据产品设计技术要求进行面密度的控制，通过压轧机进一步调整产品所需厚度，卷取、包装，制成一种耐高温微孔薄膜材料。

实施例1

将纤维及无机粉末材料按重量比进行配料：即陶瓷纤维直径为0.6μm，长度5mm；PET纤维直径为3μm，长度6mm；纤维素纤维直径为0.3μm，长度3mm；纳米氧化锆粉末所需重量的90％，将上述纤维和氧化锆纳米粉末采用湿法造纸工艺，经打浆、成型、脱水，然后使用氧化锆粉末与PVDF配制的涂布液进行涂布，压轧、在进行烘干，压轧，制得厚度为30μm，面密度为20g/m²的一种耐高温微孔薄膜材料，其中各种材料含量为：陶瓷纤维32％、PET纤维45％、纤维素纤维10％、纳米氧化锆粉末6％、PVDF为7％。

实施例2

将纤维及无机粉末材料按重量比进行配料：即超细玻璃纤维直径为0.6μm，长度5mm；PET纤维直径为3μm，长度6mm；纤维素纤维直径为0.3μm，长度3mm；纳米氧化铝粉末所需重量的90％，将上述纤维和氧化铝纳米粉末采用湿法造纸工艺，经打浆、成型、脱水，然后使用氧化铝粉末与丙烯酸酯配制的涂布液进行涂布，压轧、在进行烘干，压轧，制得厚度为45μm，面密度为25g/m²的一种耐高温微孔薄膜材料，其中各种材料含量为：超细玻璃纤维30％、PET纤维40％、纤维素纤维12％、纳米氧化铝粉末8％、丙烯酸酯为10％。

实施例3

将纤维及无机粉末材料按重量比进行配料：即氧化铝纤维直径为0.6μm，长度5mm；PET纤维直径为3μm，长度6mm；纤维素纤维直径为0.3μm，长度3mm；纳米氧化镁粉末所需重量的90％，将上述纤维和氧化镁纳米粉末采用湿法造纸工艺，经打浆、成型、脱水，然后使用氧化镁粉末与纤维素粘合剂配制的涂布液进行涂布，压轧、在进行烘干，压轧，制得厚度为60μm，面密度为36g/m²的一种耐高温微孔薄膜材料，其中各种材料含量为：氧化铝纤维31％、PET纤维48％、纤维素纤维10％、纳米氧化镁粉末5％、纤维素粘合剂为6％。

采用上述配料条件及处理方式，制得的耐高温微孔薄膜材料性能指标如下表所示：

本发明提供的耐高温微孔薄膜材料，由于采用无机纤维、合成纤维、天然有机纤维、纳米无机粉末和粘合剂，通过湿法造纸结合涂布技术一次成型制作的，这样隔膜材料具有化学稳定性好，空隙率高，保液能力强，吸液率高，同时具有良好的机械强度，较小的孔径，优异的高温稳定性。可有效的提高动力电池的综合性能和安全性。因此非常适用作锂离子动力电池隔膜、超级电容器隔膜，另外也可作为过滤材料使用。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：其是由无机纤维、合成纤维、天然有机纤维、超细无机粉末和粘合剂作为原料，通过湿法造纸，结合涂布一次成型制成的非织造布材料，其具有三维网状结构，具有90％以上的孔隙率。

2.根据权利要求1所述的耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述耐高温微孔薄膜材料具有分布均匀的三维立体孔，平均孔径在0.02μm～2.5μm。

3.根据权利要求1或2所述的耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述耐高温微孔薄膜材料在260℃时，尺寸及结构稳定不变。

4.根据权利要求1或2所述的耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述无机纤维为超细玻璃纤维、陶瓷纤维、氢氧化镁纤维、氧化锆纤维、氧化铝纤维中的一种；无机纤维的直径为0.6μm～3.0μm。

5.根据权利要求1或2所述的耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述合成纤维为PET纤维或原纤化芳纶纤维；合成纤维的直径为2μm～4μm。

6.根据权利要求1或2所述的耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述天然有机纤维为纤维素纤维；天然有机纤维的直径为0.3μm～0.5μm。

7.根据权利要求1或2所述的耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述超细无机粉末为氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化镁、氧化铈中的一种；超细无机粉末的粒径为0.2μm～3μm。

8.根据权利要求1或2所述的耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述粘合剂为水性PTFE、PVDF、丙烯酸酯、纤维素中的一种或几种。

9.根据权利要求1或2所述的耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述原料按重量比计，无机纤维30％～35％，合成纤维40％～50％，天然有机纤维10％～15％，超细无机粉末5％～8％，粘合剂2％～10％。

10.权利要求1所述的耐高温微孔薄膜材料在锂离子动力电池隔膜、超级电容器隔膜或过滤材料中的应用。