发明内容
本发明所要解决的是:现有电池隔膜耐热性能差、孔径小、空隙率低、离子通过性差的问题。
为了解决上述问题,本发明提供了一种纳米涂层隔膜材料,其特征在于,该隔膜材料为内部填充无机纳米颗粒、表面涂层的熔喷非织造复合材料,其面密度为30-60g/m2,厚度为30-70μm,平均孔径为0.4-1μm,孔隙率为50%-70%。
优选的,所述熔喷非织造材料的面密度为15-35g/m2,孔隙率为70-90%,纤维平均直径为1.5-4μm。
本发明大大降低了熔喷非织造材料的孔径尺寸,并具有优良的耐热性,其内部填充的无机纳米颗粒在使用过程中也不容易脱落。
本发明还提供了上述纳米涂层隔膜材料的成型方法,其特征在于,具体步骤如下:
第一步:采用刮涂机将无机纳米颗粒浆液料刮涂到熔喷非织造材料上,无机纳米颗粒浆液的固含量为10-30%,刮涂间隙为0.2-0.6mm,上胶量为10-20g/m2,速度为1-30m/min;
第二步:将第一步刮涂后的熔喷非织造材料送入温度为90-100℃的烘燥机中烘1-2min;
第三步:将第二步得到的烘干后的熔喷非织造材料送入温度为40-160℃、轧辊间隙为25-60μm、速度为1-30m/min的热轧机中热轧;
第四步:将第三步得到的热轧后的熔喷非织造材料送入双面涂层机中涂层,涂层湿厚度为50-100μm,涂层剂为固含量为10-15%的PVDF类或丙烯酸类水溶性粘合剂;
第五步:将第四步得到的涂层后的熔喷非织造材料送入烘燥机中烘干,烘干温度为80-100℃,烘1-2min;
第六步:将第五步得到的烘干后的熔喷非织造材料送入温度为95-160℃的烘燥机中焙烘1.5-3min,即得到纳米涂层隔膜材料,其面密度为30-60g/m2,厚度为30-70μm,平均孔径为0.4-1μm,孔隙率为50%-70%。
优选的,所述第一步中熔喷非织造材料的面密度为15-35g/m2,孔隙率为70-90%,纤维平均直径为1.5-4μm。
优选的,所述第一步中的熔喷非织造材料为聚丙烯、聚酯或聚酰胺。
优选的,所述第一步中的无机纳米颗粒浆料为固含量为10-30%,颗粒粒径为25-60nm的水溶性ZrO2、MgO、SiO2、TiO2或Al2O3无机纳米颗粒浆料。
优选的,所述第四步中的涂层剂为PVDF类、丙烯酸类水溶性粘合剂中的任意一种。
本发明提供了一种纳米颗粒填充,表面涂层的复合电池隔膜材料,具有孔径小、强力高、耐温性好等优点。本发明所述的电池隔膜材料除了可以用做锂离子电池隔膜外,还可以用做镍氢电池隔膜和过滤材料等。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂,兹以优选实施例,作详细说明如下。
实施例1-5中的刮涂机采用上海华迪机械有限公司生产的RT系列热熔胶涂布机;烘燥机采用常熟市伟成非织造成套设备有限公司生产的FZH-I热风烘箱;热轧机采用安德里兹寇司德公司生产的S-Roll轧机;双面涂层机采用常熟市伟成非织造成套设备有限公司生产的FZ-浸渍非织造布生产线。
实施例1-5制得产品的性能测试方法为:根据标准FZ/T 60003测试隔膜材料的面密度;根据标准GB/T 3923.1-1997测试隔膜材料的厚度;根据GTT TM
017-2010-纺织品(非织造材料)孔隙特征测试隔膜材料的平均孔径;采用贝士德仪器科技(北京)有限公司生产的3H-2000TD1-K型全自动开孔及闭孔率分析仪测试隔膜材料的孔隙率。
实施例1
1)将粒径为25nm、固含量为20%的TiO2纳米颗粒浆液料(购自杭州万景新材料有限公司,VK-T31)通过刮涂机涂到面密度为15g/m2,孔隙率为70%,纤维平均直径为2.5μm的聚丙烯熔喷非织造材料(芜湖吉豪净化技术有限公司,液体过滤材料)上,控制刮涂间隙为0.2mm,上胶量为10g/m2,速度为30m/min;
2)将刮涂后的熔喷非织造材料送入温度为90℃的烘燥机中烘1min;
3)将烘干的熔喷非织造材料送入温度为40℃、轧辊间隙为25μm、速度为30m/min的热轧机中热轧;
4)将热轧后的熔喷非织造材料送入双面涂层机中涂层,涂层湿厚度为50μm,涂层剂采用将固含量为15%的由PVDF共聚物和丙烯酸树脂组成的水性粘合剂(阿科玛公司,
5)将涂层后的熔喷非织造材料进入烘燥机中烘1min,烘干温度为80℃;
6)将烘干后的熔喷非织造材料送入温度为95℃的烘燥机中焙烘1.5min,即得到面密度为30g/m2,厚度为30μm,平均孔径为0.6μm,孔隙率为65%的纳米涂层隔膜材料。
实施例2
1)将粒径为50nm、固含量为20%的SiO2纳米颗粒浆液料(杭州万景新材料有限公司,VK-S01W纳米二氧化硅浆液)通过刮涂机涂到面密度为35g/m2,孔隙率为70%,纤维平均直径为1.5μm的聚酯熔喷非织造材料(安徽奥宏超细滤材有限公司,PET熔喷布)上,控制刮涂间隙为0.6mm,上胶量为15g/m2,速度为20m/min;
2)将刮涂后的熔喷非织造材料送入温度为95℃的烘燥机中烘1.5min;
3)将烘干的熔喷非织造材料送入温度为150℃、轧辊间隙为35μm、速度为20m/min的热轧机中热轧;
4)将热轧后的熔喷非织造材料送入双面涂层机中涂层,涂层湿厚度为70μm,涂层剂为固含量为15%的丙烯酸类粘合剂(成都茵地乐电源科技有限公司,LA132水性电极粘合剂);
5)将涂层后的熔喷非织造材料进入烘燥机中烘1.5min,烘干温度为90℃;
6)将烘干后的熔喷非织造材料进入温度为150℃的烘燥机中焙烘2min,即得到面密度为55g/m2,厚度为43μm,平均孔径为0.4μm,孔隙率为50%的纳米涂层隔膜材料。
实施例3
1)将粒径为50nm、固含量为30%的ZrO2纳米颗粒浆液料(杭州万景新材料有限公司,VK-R80W)通过刮涂机涂到面密度为25g/m2,孔隙率为90%,纤维平均直径为1.5μm的尼龙6熔喷非织造材料(北京轩羽鸿科技有限公司,10A型)上,控制刮涂间隙为0.6mm,上胶量为20g/m2,速度为1m/min;
2)将刮涂后的熔喷非织造材料送入温度为90℃的烘燥机中烘2min;
3)将烘干的熔喷非织造材料送入温度为160℃、轧辊间隙为40μm、速度为1m/min的热轧机中热轧;
4)将热轧后的熔喷非织造材料送入双面涂层机中涂层,涂层湿厚度为100μm,涂层剂为经蒸馏水稀释的固含量为10%的丙烯酸类粘合剂(成都茵地乐电源科技有限公司,LA132水性电极粘合剂);
5)将涂层后的熔喷非织造材料进入烘燥机中烘2min,烘干温度为90℃;
6)将烘干后的熔喷非织造材料进入温度为150C的烘燥机中焙烘1.5min,即得到面密度为60g/m2,厚度为70μm,平均孔径为0.5μm,孔隙率为50%的纳米涂层隔膜材料。
实施例4
1)将粒径为60nm、固含量为20%的Al2O3纳米颗粒浆液料(杭州万景新材料有限公司,VK-L30W)通过刮涂机涂到面密度为30g/m2,孔隙率为85%,纤维平均直径为3μm的聚丙烯熔喷非织造材料(芜湖吉豪净化技术有限公司,液体过滤材料)上,控制刮涂间隙为0.3mm,上胶量为20g/m2,速度为20m/min;
2)将刮涂后的熔喷非织造材料送入温度为90C的烘燥机中烘干1min;
3)将烘干的熔喷非织造材料送入温度为40C、轧辊间隙为60μm、速度为20m/min的热轧机中热轧;
4)将热轧后的熔喷非织造材料送入双面涂层机中涂层,涂层湿厚度为90μm,涂层剂为经蒸馏水稀释至固含量为20%的由PVDF共聚物和丙烯酸树脂组成的水性粘合剂(阿科玛公司,
5)将涂层后的熔喷非织造材料进入烘燥机中烘干1min,烘干温度为80C;
6)将烘干后的熔喷非织造材料进入温度为95℃的烘燥机中焙烘2min,即得到面密度为60g/m2,厚度为70μm,平均孔径为1μm,孔隙率为70%的纳米涂层隔膜材料。
实施例5
1)将粒径为30nm、固含量为20%的MgO纳米颗粒浆液料(杭州万景新材料有限公司,VK-Mg30C)通过刮涂机涂到面密度为30g/m2,孔隙率为85%,纤维平均直径为3μm的聚酯熔喷非织造材料(安徽奥宏超细滤材有限公司,PET熔喷布)上,控制刮涂间隙为0.3mm,上胶量为20g/m2,速度为20m/min;
2)将刮涂后的熔喷非织造材料送入温度为100C的烘燥机中烘干1min;
3)将烘干的熔喷非织造材料送入温度为120C、轧辊间隙为30μm、速度为20m/min的热轧机中热轧;
4)将热轧后的熔喷非织造材料送入双面涂层机中涂层,涂层湿厚度为90μm,涂层剂为经蒸馏水稀释至固含量为20%的由PVDF共聚物和丙烯酸树脂组成的水性粘合剂(阿科玛公司,
5)将涂层后的熔喷非织造材料进入烘燥机中烘干1min,烘干温度为100℃;
6)将烘干后的熔喷非织造材料进入温度为150℃的烘燥机中焙烘2min,即得到面密度为60g/m2,厚度为50μm,平均孔径为0.8μm,孔隙率为50%的纳米涂层隔膜材料。