CN102683629A - 电池隔膜、该隔膜制作方法及使用该隔膜制作电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电池隔膜、该隔膜制作方法及使用该隔膜制作电池的方法；所述电池隔膜，包括隔膜本体，在所述隔膜本体表面覆盖有高分子聚合物层；所述高分子聚合物层涂覆于所述隔膜本体上与电池正极片及电池负极片相接触的两面上；所述电池隔膜的制作方法，包括制作高分子聚合物溶剂、在隔膜表面涂覆高分子聚合物溶剂及烘干的步骤；使用所述电池隔膜制作电池的方法，包括对电池正极片、电池负极片及电池隔膜热压处理及卷绕形成动力电池的步骤；本发明能够解决液态锂离子存在的空隙问题及游离电解液问题，保证动力电池反应一致性、循环性及安全性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车新能源动力电池领域，具体涉及一种用于动力电池的电池隔膜、该隔膜制作方法及使用该隔膜制作电池的方法。
背景技术
随着国际能源短缺日益严重，汽车行业中，电动汽车技术被寄予厚望；而锂离子动力电池的安全与否决定着动力电池能否实际应用于电动汽车中，并直接决定电动汽车性能。
目前，动力电池存在聚合物电池及液态锂离子电池两种；聚合物电池存在高安全性、高循环性及一致性好等优点，但同时存在高成本、工艺复杂、电解液导电能力差等缺点；液态锂离子电池成本要低的多且工艺简单，而液态锂离子电池正极、负极及隔膜之间存在的空隙及电池电解液在循环过程中游离电解液影响电池的一致性及安全性；液态锂离子电池正极、负极及隔膜之间存在的空隙及电池电解液在循环过程中游离电解液问题限制了液态锂离子电池的发展。
液态锂离子电池中，正极、负极及隔膜相对独立，即使采用卷绕或叠片的方式将其制作成单体电池后，各部分之间仍然存在着空隙；在电池制作过程中会有部分气体储存在空隙中难以被除去，会极大影响极片反应的一致性；且随着循环的增加，极片厚度会不断的膨胀以及电解液也会缓慢的分解成为气体储存在缝隙中，使缝隙不断以不均匀的方式增大，使电池的内阻、容量、循环性能都会受到影响。
液态锂离子电池主要是靠正极、负极及隔膜三个部件吸收电解液的方式储存，电流越大需要的电解液越多；为了得到更大的充、放电电流一般液态锂离子动力电池中会存在无法被吸收的游离电解液；游离态的电解液会在重力影响下分布不均匀从而影响电池反应的循环性及一致性。
发明内容
本发明的目的在于提供能够解决液态锂离子存在的空隙问题及游离电解液问题，保证电池反应一致性、循环性及安全性的电池隔膜、该隔膜制作方法及使用该隔膜制作电池的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
所述电池隔膜，用在动力电池中，包括隔膜本体，在所述隔膜本体表面覆盖有高分子聚合物层；所述高分子聚合物层涂覆于所述隔膜本体上与电池正极片及电池负极片相接触的两面上。
所述高分子聚合物层构成为：由溶剂与高分子聚合物按照以下重量配比制作；溶剂为100～200份，高分子聚合物为5～30份。
其中，所述溶剂为碳酸丙烯脂、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、邻苯二甲基乙烯脂中的一种或多种；所述高分子聚合物为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲脂、聚醋酸乙烯脂、聚丙烯腈中的一种或多种。
所述高分子聚合物层厚度为5～20μm。
所述电池隔膜的制作方法，包括以下步骤；
(1)按照溶剂为100～200份，高分子聚合物为5～30份的重量配比制作高分子聚合物浆料，浆料溶解温度控制在45℃～75℃；
(2)在隔膜与正极片及负极片接触的双面涂覆步骤(1)制作的高分子聚合物浆料，采用逆转辊涂布机进行涂覆；
(3)烘干隔膜表面上涂覆的高分子聚合物浆料，使隔膜表面形成5～20μm的高分子聚合物层，控制烘干温度为85℃～120℃。
所述步骤(1)中，溶剂为酸丙烯脂、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、邻苯二甲基乙烯脂中的一种或多种；所述高分子聚合物为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲脂、聚醋酸乙烯脂、聚丙烯腈中的一种或多种。
使用所述电池隔膜制作电池的方法，包括以下步骤：
(1)使用热压设备对电池正极片、电池负极片及电池隔膜热压处理，控制热压温度为100-130℃，热压压力为0.1-2.0MPa，热压时间为3-30S，使电池正极片、电池负极片陷入电池隔膜的高分子聚合物层内，进而使电池正极片、电池负极片及电池隔膜形成整体；
(2)采用卷绕法，将经步骤(1)处理后的电池正极片、电池负极片及电池隔膜卷绕形成动力电池。
所述步骤(1)中，热压设备为热压机。
本发明的优点在于：
所述电池隔膜、该隔膜制作方法及使用该隔膜制作电池的方法，通过在电池隔膜表面形成高分子聚合物层，采用热压方法将电池正极片、电池负极片及电池隔膜形成整体，该隔膜制作而成的动力电池，初期在电池处于满电状态下拆解电池，电池负极表面反应均匀度良好，无明显未反应区，动力电池的一致性好；隔膜、正极片、负极片平整度良好；循环结束后拆解电池壳体及隔膜边角无残余粉料；本发明提供的电池隔膜、电池隔膜制作方法及该隔膜生产动力的方法，能够解决液态锂离子存在的空隙问题及游离电解液问题，进而保证电池反应的一致性、循环性及安全性，保证了液态锂离子动力电池的使用安全性能。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明电池隔膜的结构示意图；
图2为本发明使用电池隔膜制作电池的方法中热压处理示意图；
上述图中的标记均为：
1、隔膜本体，2、高分子聚合物层，3、电池正极片，4、电池负极片，5、热压机。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，所述电池隔膜，用在动力电池中，包括隔膜本体1，在隔膜本体1表面覆盖有高分子聚合物层2；高分子聚合物层2涂覆于隔膜本体1上与电池正极片3及电池负极片4相接触的两面上；高分子聚合物层2厚度为5～20μm；高分子聚合物层2构成为：由溶剂与高分子聚合物按照以下重量配比制作；溶剂为100～200份，高分子聚合物为5～30份。
其中，溶剂为碳酸丙烯脂、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、邻苯二甲基乙烯脂中的一种或多种；高分子聚合物为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲脂、聚醋酸乙烯脂、聚丙烯腈中的一种或多种。
电池隔膜制作方法及使用电池隔膜制作电池的方法，包括以下最优实施例。
实施例1
将分子量为30-40W的偏聚氟乙烯(PVDF)加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，在恒温条件下溶解形成均匀高分子聚合物溶液，溶解温度为55-75℃；高分子聚合物溶液各成分重量配比为PVDF∶NMP＝15∶100；
采用逆转辊涂布机将隔膜双面均涂覆一层高分子聚合物溶液并在100℃烘干，烘干后双面高分子聚合物层厚度8μm；
使用热压机将正负极片与隔膜热压，使隔膜处理层融化从而使隔膜、正极、负极三个组件连接成为整体，热压温度为123℃，热压压力为1.5MPa，热压时间为7S。
按照此实施例制作的动力电池初期电池满电状态下拆解电池；负极表面反应均匀度良好，无明显未反应区；隔膜、正极片、负极片平整度良好，整体电芯厚度减小5mm，电池吸液量增加4％，循环性能由1500次增加至2500次，电池内阻无变化，大电流放电：电池10C放电温度不高于58℃；循环结束后拆解电池壳体及隔膜边角残余粉料明显减少。
实施例2
将分子量为30-40W的聚丙烯和聚丙烯酸甲脂的混合物加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，在恒温条件下溶解形成均匀高分子聚合物溶液，溶解温度为60-65℃；高分子聚合物溶液各成分重量配比为：聚丙烯∶聚丙烯酸甲脂∶NMP＝10∶10∶100；
采用逆转辊涂布机将隔膜双面均涂覆一层高分子聚合物溶液并在110℃烘干，烘干后双面高分子聚合物层厚度10μm；
使用热压机将正负极片与隔膜热压，使隔膜处理层融化从而使隔膜、正极、负极三个组件连接称为整体；热压温度为123℃，热压压力为1.5MPa，热压时间为7S。
按照此实施例制作的动力电池初期电池满电状态下拆解电池；负极表面反应均匀度良好，无明显未反应区。隔膜、正极片、负极片平整度良好，整体电芯厚度减小4.5mm，电池吸液量增加6％，循环性能由1500次增加至2000次以上，电池内阻无变化，大电流放电：电池10C放电温度不高于54℃；循环结束后拆解电池壳体及隔膜边角无残余粉料。
实施例3
将分子量为30-40W的偏聚氟乙烯(PVDF)加入丙酮溶液中，在恒温条件下溶解形成均匀高分子聚合物溶液，溶解温度为45-65℃；高分子聚合物溶液各成分重量配比为：PVDF∶丙酮＝30∶100；
采用逆转辊涂布机将隔膜双面均涂覆一层高分子聚合物溶液并在120℃烘干，烘干后双面高分子聚合物层厚度12μm；
使用热压机将正负极片与隔膜热压，使隔膜处理层融化从而使隔膜、正极、负极三个组件连接称为整体；热压温度为123℃，热压压力为1.5MPa，热压时间为7S。
按照此实施例制作的电池初期电池满电状态下拆解电池；负极表面反应均匀度良好，无明显未反应区。隔膜、正极片、负极片平整度良好，整体电芯厚度减小2.0mm，电池吸液量增加7.5％，循环性能由1500次增加至2000次以上，电池内阻增加0.5m Ω，大电流放电：电池10C放电温度不高于60℃；循环结束后拆解电池壳体及隔膜边角无残余粉料。
实施例4
将分子量为30-40W的聚丙烯酸甲脂、聚醋酸乙烯脂及聚丙烯腈混合加入碳酸丙烯脂、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮及邻苯二甲基乙烯脂混合溶液中，在恒温条件下溶解形成均匀高分子聚合物溶液，溶解温度为45-60℃；高分子聚合物溶液各成分重量配比为：聚丙烯酸甲脂∶聚醋酸乙烯脂∶聚丙烯腈∶碳酸丙烯脂∶丙酮∶丁酮∶N-甲基吡咯烷酮∶邻苯二甲基乙烯脂＝5∶10∶10∶40∶60∶20∶40∶40；
采用逆转辊涂布机将隔膜双面均涂覆一层高分子聚合物溶液并在85℃烘干，烘干后双面高分子聚合物层厚度5μm；
使用热压机将正负极片与隔膜热压，使隔膜处理层融化从而使隔膜、正极、负极三个组件连接称为整体；热压温度为100℃，热压压力为0.5MPa，热压时间为5S。
按照此实施例制作的电池初期电池满电状态下拆解电池；负极表面反应均匀度良好，无明显未反应区。隔膜、正极片、负极片平整度良好，整体电芯厚度减小2.5mm，电池吸液量增加5.5％，循环性能由1500次增加至1800次以上，电池内阻增加0.2m Ω，大电流放电：电池10C放电温度不高于56℃；循环结束后拆解电池壳体及隔膜边角无残余粉料。
实施例5
将分子量为30-40W的聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲脂、聚醋酸乙烯脂、聚丙烯腈混合加入邻苯二甲基乙烯脂混合溶液中，在恒温条件下溶解形成均匀高分子聚合物溶液，溶解温度为60-75℃；高分子聚合物溶液各成分重量配比为：聚四氟乙烯∶偏聚氟乙烯∶聚丙烯∶聚丙烯酸甲脂∶聚醋酸乙烯脂∶聚丙烯腈∶邻二甲基乙烯脂＝5∶5∶5∶5∶5∶5∶100；
采用逆转辊涂布机将隔膜双面均涂覆一层高分子聚合物溶液并在110℃烘干，烘干后双面高分子聚合物层厚度20μm；
使用热压机将正负极片与隔膜热压，使隔膜处理层融化从而使隔膜、正极、负极三个组件连接称为整体；热压温度为130℃，热压压力为2.0MPa，热压时间为30S。
按照此实施例制作的电池初期电池满电状态下拆解电池；负极表面反应均匀度良好，无明显未反应区。隔膜、正极片、负极片平整度良好，整体电芯厚度减小5mm，电池吸液量增加7.5％，循环性能由1500次增加至2500次以上，电池内阻无增加，大电流放电：电池10C放电温度不高于53℃；循环结束后拆解电池壳体及隔膜边角无残余粉料。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.电池隔膜，包括隔膜本体(1)，其特征在于：在所述隔膜本体(1)表面覆盖有高分子聚合物层(2)；所述高分子聚合物层(2)涂覆于所述隔膜本体(1)上与电池正极片(3)及电池负极片(4)相接触的两面上。
2.按照权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于：所述高分子聚合物层(2)构成为：由溶剂与高分子聚合物照以下重量配比制作；溶剂为100～200份，高分子聚合物为5～30份。
3.按照权利要求2所述的电池隔膜，其特征在于：所述溶剂为碳酸丙烯脂、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、邻苯二甲基乙烯脂中的一种；所述高分子聚合物为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲脂、聚醋酸乙烯脂、聚丙烯腈中的一种。
4.按照权利要求2所述的电池隔膜，其特征在于：所述溶剂为碳酸丙烯脂、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、邻苯二甲基乙烯脂中两种以上的组合；所述高分子聚合物为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲脂、聚醋酸乙烯脂、聚丙烯腈中两种以上的组合。
5.按照权利要求1或2所述的电池隔膜，其特征在于：所述高分子聚合物层(2)厚度为5～20μm。
6.权利要求1所述的电池隔膜的制作方法，其特征在于：包括以下步骤；
(1)按照溶剂为100～200份，高分子聚合物为5～30份的重量配比制作高分子聚合物浆料，浆料溶解温度控制在45℃～75℃；
(2)在隔膜与正极片及负极片接触的双面涂覆步骤(1)制作的高分子聚合物浆料；
(3)烘干隔膜表面上涂覆的高分子聚合物浆料，使隔膜表面形成5～20μm的高分子聚合物层，控制烘干温度为85℃～120℃。
7.按照权利要求6所述的电池隔膜的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中，溶剂为酸丙烯脂、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、邻苯二甲基乙烯脂中的一种；高分子聚合物为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲脂、聚醋酸乙烯脂、聚丙烯腈中的一种。
8.按照权利要求6所述的电池隔膜的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中，溶剂为碳酸丙烯脂、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、邻苯二甲基乙烯脂中两种以上的组合；高分子聚合物为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲脂、聚醋酸乙烯脂、聚丙烯腈中两种以上的组合。
9.使用权利要求1所述的电池隔膜制作电池的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)使用热压设备对电池正极片、电池负极片及电池隔膜热压处理，控制热压温度为100-130℃，热压压力为0.1-2.0MPa，热压时间为3-30S；
(2)采用卷绕法，将经步骤(1)处理后的电池正极片、电池负极片及电池隔膜卷绕形成动力电池。
10.按照权利要求9所述的使用电池隔膜制作电池的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，热压设备为热压机。
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