CN102931369A

CN102931369A - 一种高安全性凝胶聚合物膜及制备方法

Info

Publication number: CN102931369A
Application number: CN2012103932812A
Authority: CN
Inventors: 雷如清; 朱忠洲; 潘琴华
Original assignee: NENGYILANG TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: NENGYILANG TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明涉及了一种高安全性凝胶聚合物膜及制备方法，可以应用于高温电池或环境温度应用较为苛刻的的锂离子电池。本发明以现在广泛使用的锂离子电池隔膜为聚烯烃的单层薄膜或多层薄膜为基材，以凝胶聚合物溶液为隔膜层涂料，经浸涂和烘干，脱去溶剂，即制成凝胶聚合物隔膜，本发明所述的凝胶聚合物溶液配置如下：重量比2%-4%的PVDF/HFP，1%-3%的勃姆石（ALOOH），2%-5%的无水乙醇或异丙醇均匀混合在90%-96%的丙酮中，配置成溶液。本发明与现有技术相比，具有的优点和积极效果是：制作工艺简单，材料易得，溶剂去除容易，设备能耗少，工艺过程环保。

Description

一种高安全性凝胶聚合物膜及制备方法

技术领域

本发明涉及了一种锂离子电池用凝胶聚合物膜及其制备方法，可以应用于高温电池或环境温度应用较为苛刻的的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、无记忆效应等特点，而且绿色环保，无污染，因此被广泛应用在手机、笔记本电脑以及MP3等数码产品中，同时在电动自行车、电动汽车、国防装备等移动电源方面也开始了应用。

电池隔膜是锂离子电池的重要组成部分。它放置在阳极和阴极之间，阻止电极的物理性接触，同时确保离子的自由运输和电子流动的绝缘性。电池隔膜的基本要求是必须对电解液和电极具有很好的化学和电化学稳定性，同时必须具有较强的机械性能，以承受电池组装过程中的外力。结构上，电池隔膜应该具备充足的液体电解质的吸收能力，以此来实现良好的离子传导，进一步实现电池充放电的高效性。

目前广泛使用的锂离子电池隔膜为烯烃（PP、PE）类聚合物的单层薄膜或多层薄膜基本能满足上述的要求。但是单层或多层(PP/PE)薄膜是孔隙在电流过大时，很容易造成穿孔现象，进而造成锂电池燃烧或者爆炸；在电池高温滥用下时，电池内部反应剧烈，温度升高，也会导致隔膜收缩破孔，电池正负极片接触，最后造成电池燃烧。

发明内容

本发明的目的是克服目前锂离子电池隔膜在上述安全性方面所存在的不足，而发明的一种锂离子动力电池用聚合物膜及其制作方法，可以应用于高温电池或环境温度应用较为苛刻的的锂离子电池。

本发明提供了一种高安全性凝胶聚合物膜及制备方法，所采用的技术方案是：本发明的一种高安全性凝胶聚合物膜及制备方法，该制备方法以现在广泛使用的锂离子电池隔膜为聚烯烃的单层薄膜或多层薄膜为基材，以凝胶聚合物溶液为隔膜层涂料，经浸涂和烘干，脱去溶剂，即制成凝胶聚合物隔膜。本发明所述的凝胶聚合物溶液配置如下：重量比2%-4%的PVDF/HFP，1%-3%的勃姆石（ALOOH），2%-5%的无水乙醇或异丙醇均匀混合在90%-96%的丙酮中，配置成溶液。

本发明的一种高安全性凝胶聚合物膜，其所述的凝胶聚合物溶液的配置为重量比2%的PVDF/HFP；1%的勃姆石（ALOOH）；2%的无水乙醇或异丙醇均匀混合在95%的丙酮中，配置成溶液。

本发明还在于所述的凝胶聚合物溶液的配置为重量比4%的PVDF/HFP；3%的勃姆石（ALOOH）；3%的无水乙醇或异丙醇均匀混合在90%的丙酮中，配置成溶液。

本发明也在于所述的凝胶聚合物溶液的配置为重量比3%的PVDF/HFP；2%的勃姆石（ALOOH）；4%的无水乙醇或异丙醇均匀混合在91%的丙酮中，配置成溶液。

本发明的一种高安全性凝胶聚合物膜制备方法，其特征在于将所述的PVDF/HFP溶解在丙酮中，搅拌温度控制在38℃-42℃；待所述DF/HFP完全溶解澄清后，加入所述无水乙醇，搅拌均匀；然后加入所述的勃姆石，搅拌均匀，凝胶聚合物溶液即配制完成。

本发明的高安全性凝胶聚合物膜制备方法，其所述的凝胶聚合物溶液将所述锂离子电池隔膜浸泡，并将浸泡后的锂离子电池隔膜在50-90℃的热风下烘干出去溶剂丙酮，反复浸涂和烘干工艺1-4次，确保涂层厚度控制在2-6μm。

本发明在于加入所述无水乙醇或加入所述的勃姆石的搅拌过程用时约4-6h。

所述的聚烯烃薄膜为PP、PE的单层或多层薄膜；

所述勃姆石（ALOOH），又名一水软铝石。属斜方晶系，结晶完好者呈棱面状、针状、纤维状和六角板状等，具有优良的导热性和阻燃性，以及很好的热胀冷缩性能。

本发明与现有技术相比，具有的优点和积极效果是：

（1）制作工艺简单，材料易得，大部分材料市面上都有广泛应用，溶剂去除容易，设备能耗少，工艺过程环保；

（2）电池在实际应用中，电流过大时，涂覆在隔膜表面的勃姆石，受热体积膨胀，闭合隔膜上的孔隙，能够阻断电流，可以起到调节孔隙率的作用，提高电池在高温下的安全性；当温度降下来时，勃姆石体积收缩，隔膜上的电流传导孔重新打开，利用勃姆石的热胀冷缩性能，可以大大提高锂电池的安全性能，从而为大功率锂电池高能量密度且安全可靠充放电提供了可能。

（3）勃姆石（ALOOH）有非常优良的导热性能，电池温度过高时，这种材料可以很好地进行热量传导，解决了PP/PE隔膜导热性差的问题。

（4）勃姆石（ALOOH）材料具有优良的阻燃性，当温度过高，达到燃烧临界点，该材料的良好的阻燃性能会阻止大范围的燃烧甚至爆炸。

（5）该隔膜的吸收电解液量明显优于没有涂覆凝胶聚合物层的隔膜，其保持电解液的能力也明显优于没有涂覆凝胶聚合物层的隔膜，电池的电化学性能稳定；

具体实施方式

一：具体的工艺流程为：

（1）聚合物溶液的配制：将3%的PVDF/HFP溶解在丙酮中，搅拌温度控制在38℃-42℃。待PVDF/HFP完全溶解澄清后，加入3%无水乙醇，搅拌均匀；然后加入3%的勃姆石，搅拌均匀，溶液即配制完成。整个搅拌过程用时约4-6h。

（2）浸涂和烘干：将单层或多层的隔膜浸泡在配制好的溶液中，控制速度为2米/min-4米/min，在70℃热风下干燥，经过2次浸涂和烘干，其涂层厚度控制在4-6μm；

经此方法制作的凝胶聚合物隔膜，经试验，电池循环良好，电池循环100周，容量保持率97%；电池高温冲击良好，电池在-5℃下充电后，在130℃下搁置60min，未发现异常。

尽管对本发明的特征及其优势已经描述了很多，然而可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构想做其他多种相应的改变，而所有这些改变都应属于本发明的权利要求保护的范围。

Claims

1.一种高安全性凝胶聚合物膜，以锂离子电池隔膜为聚烯烃的单层薄膜或多层薄膜为基材，以凝胶聚合物溶液为隔膜层涂料，经浸涂和烘干，脱去溶剂，制成凝胶聚合物隔膜，其特征在于所述的凝胶聚合物溶液的配置如下：重量比2%-4%的PVDF/HFP；1%-3%的勃姆石（ALOOH）；2%-5%的无水乙醇或异丙醇均匀混合在90%-95%的丙酮中，配置成溶液。

2.根据权利要求1所述的一种高安全性凝胶聚合物膜，其特征在于所述的凝胶聚合物溶液的配置为重量比2%的PVDF/HFP；1%的勃姆石（ALOOH）；2%的无水乙醇或异丙醇均匀混合在95%的丙酮中，配置成溶液。

3.根据权利要求1所述的一种高安全性凝胶聚合物膜，其特征在于所述的凝胶聚合物溶液的配置为重量比4%的PVDF/HFP；3%的勃姆石（ALOOH）；3%的无水乙醇或异丙醇均匀混合在90%的丙酮中，配置成溶液。

4.根据权利要求1所述的一种高安全性凝胶聚合物膜，其特征在于所述的凝胶聚合物溶液的配置为重量比3%的PVDF/HFP；2%的勃姆石（ALOOH）；4%的无水乙醇或异丙醇均匀混合在91%的丙酮中，配置成溶液。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种高安全性凝胶聚合物膜的制备方法，其特征在于将所述的PVDF/HFP溶解在丙酮中，搅拌温度控制在38℃-42℃；待所述DF/HFP完全溶解澄清后，加入所述无水乙醇，搅拌均匀；然后加入所述的勃姆石，搅拌均匀，凝胶聚合物溶液即配制完成。

6.根据权利要求5所述的一种高安全性凝胶聚合物膜的制备方法，其特征在于所述的凝胶聚合物溶液将所述锂离子电池隔膜浸泡，并将浸泡后的锂离子电池隔膜在50-90℃的热风下烘干出去溶剂丙酮，反复浸涂和烘干工艺1-4次，确保涂层厚度控制在2-6μm。

7.根据权利要求5所述的一种高安全性凝胶聚合物膜的制备方法，其特征在于加入所述无水乙醇或加入所述的勃姆石的搅拌过程用时约4-6h。