CN102916149A - 一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池技术领域，尤其是指一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺；本发明的一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺，所述微孔隔膜包括设置纳米微孔的隔膜基层，所述隔膜基层上覆盖一层陶瓷涂覆层，所述陶瓷涂覆层的厚度为1-10μm，所述陶瓷涂覆层内密布孔径为30-100nm的透气孔；使陶瓷涂覆层密布透气孔，与纳米微孔的隔膜基层的透气性一致；本发明的微孔隔膜耐热能力面向提高，使电池的安全性得到显著改善，陶瓷涂覆层隔膜的孔隙率和透气度没有影响，不会构成对电池循环的影响，性能、效果显著提升。

Description

一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其是指一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺。
背景技术
锂电池中隔膜起着防止正、负极短路，并在充放电过程中提供锂离子通道。隔膜本质上就是一层多孔的塑料聚乙烯或者聚丙烯薄膜。但它对锂离子电池的容量、循环性能以及安全性能起到非常大的作用。隔膜技术含量高的原因在于它的造孔工艺难度大。目前国际上隔膜的主流产品是经横向和纵向精密拉伸的单层聚丙烯(PP)纳米微孔膜、单层聚乙烯(PE)纳米微孔膜、PP/PE/PP三层复合纳米微孔膜等类型。
随着新能源汽车的逐渐推广，预计新能源汽车将令锂电池隔膜的需求成倍增长。不仅对锂电池行业，对整个电动汽车行业发展都将具有革命性的意义。然而，锂离子电池的新能源汽车由于安全性问题的频出，推广速度远远低于行业预期，为了解决锂离子电池的安全性问题，在原有聚乙烯或者聚丙烯隔膜表面涂覆一层安全性好的陶瓷层（纳米氧化铝层）的工艺，涂覆后的陶瓷涂覆层隔膜耐热能力面向提高，电池的安全性得到显著改善，然而涂覆后的隔膜由于陶瓷涂覆层会阻塞隔膜原有的孔隙，导致陶瓷涂覆层后隔膜的透气度降低，从而影响电池的循环。
发明内容
本发明针对目前涂覆陶瓷层的锂电池隔膜透气性存在的不足，而提供一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺，为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种锂电池微孔隔膜，所述微孔隔膜包括设置纳米微孔的隔膜基层，所述隔膜基层上覆盖一层陶瓷涂覆层，所述陶瓷涂覆层的厚度为1-10μm,所述陶瓷涂覆层内密布孔径为30-100nm的透气孔。
较佳的，所述隔膜基层为单层聚丙烯孔膜、单层聚乙烯膜或聚丙烯聚乙烯构成的三层复合膜。
较佳的，所述陶瓷涂覆层为氧化铝或氧化锆陶瓷涂覆层。
如上所述的锂电池微孔隔膜的制备工艺，包括以下制备工艺：
（1）、涂膜液的制备：在胶液加入质量比为0.3%-2.5%造孔剂，搅拌至溶解；然后加入陶瓷粉末搅拌均匀。
（2）、涂膜液的涂覆：将步骤1中制备的涂覆液涂覆在纳米微孔的隔膜基层上；
（3）、烘干：将步骤2中的涂覆涂膜液的隔膜基层在低于造孔剂分解的温度下对涂覆的隔膜进行烘烤，烘道采用多段不同温度加热的方式：各段烘箱温度按照40-45℃、50-55℃、65-70℃、75-80℃，使覆涂膜液的隔膜基层加热温度逐段升高:涂膜液中溶剂在烘道内慢慢挥发，随着溶剂的不断挥发，溶解在溶剂内的造孔剂在隔膜内部原有的孔隙和涂覆的陶瓷层内结晶析出并占据一定的孔隙位置；随着烘烤温度的上升，结晶出来的造孔剂受热分解产生气体冒出，同时大量的气体冒出使涂覆的表面陶瓷层留下均匀的孔隙，从而在隔膜基层表面形成了均匀一致的多孔陶瓷涂覆层，并形成本发明的锂电池微孔隔膜。
较佳的，所述胶液为PVDF(聚偏二氟乙烯)的NMP(氮甲基吡咯烷酮)的溶液，所述陶瓷粉末占胶液质量比为5%-20%。
较佳的，所述胶液为CMC（羧甲基纤维素钠）和SBR（丁苯橡胶）的水溶液，所述陶瓷粉末占胶液质量比30%-50%。
较佳的，所述涂膜液还加入流平剂，所述流平剂为聚丙烯酸酯类或有机硅类物质。
较佳的，所述步骤1中造孔剂为碳酸氢胺、草酸、碳酸铵、硝酸胺中任意一种或其任意组合。
较佳的，所述步骤1中陶瓷粉末为氧化铝或者氧化锆粉末。
较佳的，所述步骤2中的涂覆方式为喷涂、刷涂、浸涂或者挤压涂布方式。
本发明的有益效果在于：本发明的一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺，所述微孔隔膜包括设置纳米微孔的隔膜基层，所述隔膜基层上覆盖一层陶瓷涂覆层，所述陶瓷涂覆层的厚度为1-10μm,所述陶瓷涂覆层内密布孔径为30-100nm的透气孔；使陶瓷涂覆层密布透气孔，与纳米微孔的隔膜基层的透气性一致；本发明的微孔隔膜耐热能力面向提高，使电池的安全性得到显著改善，陶瓷涂覆层隔膜的孔隙率和透气度没有影响，不会构成对电池循环的影响，性能、效果显著提升。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明进一步说明：
本发明的锂电池微孔隔膜，所述微孔隔膜包括设置纳米微孔的隔膜基层，所述隔膜基层上覆盖一层陶瓷涂覆层，作为较常用的技术形式，隔膜基层选用单层聚丙烯孔膜、单层聚乙烯膜或聚丙烯聚乙烯构成的三层复合膜；本发明锂电池微孔隔膜的陶瓷涂覆层的较佳的厚度范围为1-10μm，在此范围内，性能较佳；本发明的陶瓷涂覆层内密布孔径为30-100nm的透气孔。
作为较佳的实施方式，陶瓷涂覆层选用氧化铝或氧化锆陶瓷涂覆层，具有较佳的性能特征。
本发明还涉及到本发明锂电池微孔隔膜的制备工艺，包括以下制备工艺：
（1）、涂膜液的制备：在胶液加入质量比为0.3%-2.5%造孔剂，搅拌至溶解；然后加入陶瓷粉末搅拌均匀；本领域技术人员可以选择不同的胶液，本实施例优选以下两种方式：1、胶液可选用为PVDF(聚偏二氟乙烯)的NMP(氮甲基吡咯烷酮)的溶液，陶瓷粉末占胶液质量比为5%-20%；2、胶液为CMC（羧甲基纤维素钠）和SBR（丁苯橡胶）的水溶液，所述陶瓷粉末占胶液质量比30%-50%。另外，为了使涂膜液能很好的渗透到隔膜孔隙，并在隔膜表层形成均匀一致的涂覆层，必须降低PP、PE隔膜材料的表面张力，使涂膜液充分的浸润，涂膜液还加入流平剂，本发明在涂膜液中加0.1%-0.8%的流平剂，根据水性还是油性选择不同的流平剂。流平剂通过有限的相容性迁移至涂膜表面，降低隔膜界面张力，使涂膜层获得良好的流平。可选的流平剂目前主要有：聚丙烯酸酯类和有机硅类。这些助剂起到造孔和润色流平作用，同时还有消泡作用。
另外，陶瓷粉末一般选用氧化铝或者氧化锆粉末。
本发明的造孔剂为碳酸氢胺、草酸、碳酸铵、硝酸胺或其任意组合的易受热全部分解为气体的物质，造孔剂的参考加入量为占胶液重量比的0.3%-2.5%，造孔剂先溶解在胶液中形成均相溶液。
（2）、涂膜液的涂覆：将步骤1中制备的涂覆液涂覆在纳米微孔的隔膜基层上；
（3）、烘干：将步骤2中的涂覆涂膜液的隔膜基层在低于造孔剂分解的温度下对涂覆的隔膜进行烘烤，烘道采用多段不同温度加热的方式：各段烘箱温度按照40-45℃、50-55℃、65-70℃、75-80℃，使覆涂膜液的隔膜基层加热温度逐段升高:涂膜液中溶剂在烘道内慢慢挥发，随着溶剂的不断挥发，溶解在溶剂内的造孔剂在隔膜内部原有的孔隙和涂覆的陶瓷层内结晶析出并占据一定的孔隙位置；随着烘烤温度的上升，结晶出来的造孔剂受热分解产生气体冒出，同时大量的气体冒出使涂覆的表面陶瓷层留下均匀的孔隙，从而在隔膜基层表面形成了均匀一致的多孔陶瓷涂覆层，并形成本发明的锂电池微孔隔膜。
作为本领域常用的技术手段，步骤2中的涂覆方式为喷涂、刷涂、浸涂或者挤压涂布等方式。
以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种锂电池微孔隔膜，其特征在于，所述微孔隔膜包括设置纳米微孔的隔膜基层，所述隔膜基层上覆盖一层陶瓷涂覆层，所述陶瓷涂覆层的厚度为1-10μm,所述陶瓷涂覆层内密布孔径为30-100nm的透气孔。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池微孔隔膜，其特征在于，所述隔膜基层为单层聚丙烯孔膜、单层聚乙烯膜或聚丙烯聚乙烯构成的三层复合膜。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池微孔隔膜，其特征在于，所述陶瓷涂覆层为氧化铝或氧化锆陶瓷涂覆层。
4.如权利要求1-3任意项所述的一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺，其特征在于，包括以下制备工艺：
（1）、涂膜液的制备：在胶液加入质量比为0.3%-2.5%造孔剂，搅拌至溶解；然后加入陶瓷粉末搅拌均匀。
（2）、涂膜液的涂覆：将步骤1中制备的涂覆液涂覆在纳米微孔的隔膜基层上；
（3）、烘干：将步骤2中的涂覆涂膜液的隔膜基层在低于造孔剂分解的温度下对涂覆的隔膜进行烘烤，烘道采用多段不同温度加热的方式：各段烘箱温度按照40-45℃、50-55℃、65-70℃、75-80℃，使覆涂膜液的隔膜基层加热温度逐段升高:涂膜液中溶剂在烘道内慢慢挥发，随着溶剂的不断挥发，溶解在溶剂内的造孔剂在隔膜内部原有的孔隙和涂覆的陶瓷层内结晶析出并占据一定的孔隙位置；随着烘烤温度的上升，结晶出来的造孔剂受热分解产生气体冒出，同时大量的气体冒出使涂覆的表面陶瓷层留下均匀的孔隙，从而在隔膜基层表面形成了均匀一致的多孔陶瓷涂覆层，并形成本发明的锂电池微孔隔膜。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺，其特征在于，所述胶液为PVDF(聚偏二氟乙烯)的NMP(氮甲基吡咯烷酮)的溶液，所述陶瓷粉末占胶液质量比为5%-20%。
6.根据权利要求4所述的一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺，其特征在于，所述胶液为CMC（羧甲基纤维素钠）和SBR（丁苯橡胶）的水溶液，所述陶瓷粉末占胶液质量比30%-50%。
7.根据权利要求4所述的一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺，其特征在于，所述涂膜液还加入流平剂，所述流平剂为聚丙烯酸酯类或有机硅类物质。
8.根据权利要求4所述的一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺，其特征在于，所述步骤1中造孔剂为碳酸氢胺、草酸、碳酸铵、硝酸胺中任意一种或其任意组合。
9.根据权利要求4所述的一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺，其特征在于，所述步骤1中陶瓷粉末为氧化铝或者氧化锆粉末
10.根据权利要求4所述的一种锂电池微孔隔膜及其制备工艺，其特征在于，所述步骤2中的涂覆方式为喷涂、刷涂、浸涂或者挤压涂布方式。
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