CN103515558A - 电化学电源隔膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电化学电源隔膜的制备方法，该方法通过制备黏结剂及氮化铝的有机溶剂悬浮液，再将所述悬浮液涂布在聚烯烃隔膜基体的两侧，烘干后得到包括聚烯烃隔膜基体及涂布在聚烯烃隔膜基体两侧的氮化铝粉体涂层的电化学电源隔膜。该电化学电源隔膜通过在聚烯烃隔膜基体的两侧涂布导热性能良好的氮化铝粉体，该氮化铝粉体涂层能有效提高电源隔膜乃至整个电化学电源的散热性能，从而可以有效降低因过放、过充或短路造成的温度急剧上升导致的安全隐患，电源的稳定性能得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及电化学电源领域，尤其涉及一种电化学电源隔膜的制备方法。
背景技术
随着人类生产力的发展，越来越多的汽车行驶在城市、乡村的大街小巷中。汽车的普及给人们的生活带来了极大的便利。然而，伴随而来的问题也越来越严重。石油等不可再生能源的消耗不断加速，汽车尾气的排放给环境造成的影响也不断扩大。人们为了解决这些问题提出发展电动汽车，以取代传统汽车。而其中的关键在于是否有能量密度及功率密度足够大、循环寿命足够长、安全可靠的动力电池取代内燃机。电池的安全性能是电池制作过程中至关重要的一个环节。对于电化学电源（如电源锂离子电池和超级电容器等），一个重要的安全隐患就是因为过充或过放或短路导致电源内部的温度急剧升高从而导致燃烧或者爆炸。传统的电化学电源普遍采用聚合物材料制作隔膜，由于聚合物的导热性相对较差，因此当温度达到一定程度时，聚合物材料会发生收缩甚至破裂，从而导致电源内部短路造成安全隐患。
发明内容
基于此，有必要提供一种导热性能及稳定性能相对较高的电化学电源隔膜的制备方法。
一种电化学电源隔膜的制备方法，包括如下步骤：
将黏结剂分散于有机溶剂中制备质量浓度为5%~60%的黏结剂溶液或黏结剂乳液；
向所述黏结剂溶液或黏结剂乳液中加入氮化铝粉体，搅拌均匀，制备氮化铝的质量分数为1%~50%的悬浮液；
将所述悬浮液涂布在聚烯烃隔膜基体的两侧；
烘干后得到包括聚烯烃隔膜基体及涂布在所述聚烯烃隔膜基体两侧的氮化铝粉体涂层的电化学电源隔膜。
在其中一个实施例中，所述黏结剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、改性丁苯橡胶、氟化橡胶或聚氨酯。
在其中一个实施例中，所述有机溶剂为丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或环己烷。
在其中一个实施例中，所述氮化铝粉体的颗粒粒径为3~1000nm。
在其中一个实施例中，所述聚烯烃隔膜基体为聚乙烯隔膜基体、聚丙烯隔膜基体、聚乙烯-聚丙烯双层隔膜基体或聚乙烯-聚丙烯-聚乙烯三层隔膜基体。
在其中一个实施例中，所述烘干是将涂布有所述悬浮液的聚烯烃隔膜基体置于干燥的空气中、真空中或保护气体中，在40~200℃条件下干燥处理。
上述方法制备的电化学电源隔膜通过在聚烯烃隔膜基体的两侧涂布导热性能良好的氮化铝粉体，该氮化铝粉体涂层能有效提高电源隔膜乃至整个电化学电源的散热性能，从而可以有效降低因过放、过充或短路造成的温度急剧上升导致的安全隐患，电源的稳定性能得到提高。电化学电源隔膜的制备方法原理简单，对设备要求低，可以广泛推广应用。
附图说明
图1为一实施方式的电化学电源隔膜的结构示意图；
图2为图1所示电化学电源隔膜的制备流程图。
具体实施方式
下面主要结合附图及具体实施例对电化学电源隔膜及其制备方法作进一步详细的说明。
如图1所示，一实施方式的电化学电源隔膜100，其包括聚烯烃隔膜基体110及氮化铝粉体涂层120。
聚烯烃隔膜基体110可以为聚乙烯隔膜基体、聚丙烯隔膜基体、聚乙烯-聚丙烯双层隔膜基体或聚乙烯-聚丙烯-聚乙烯三层隔膜基体等。聚烯烃隔膜基体110的厚度为5~50μm。
氮化铝粉体涂层120通过黏结剂涂布在聚烯烃隔膜基体110的两侧。其中，氮化铝粉体的颗粒粒径为3~1000nm。氮化铝粉体涂层120的厚度为1~6μm。
该电化学电源隔膜通过在聚烯烃隔膜基体的两侧涂布导热性能良好的氮化铝粉体，该氮化铝粉体涂层能有效提高电源隔膜乃至整个电化学电源（如锂离子电池或超级电容器）的散热性能，从而可以有效降低因过放、过充或短路造成的温度急剧上升导致的安全隐患，电源的稳定性能得到提高。
如图2所示，上述电化学电源隔膜的制备方法包括如下步骤：
步骤S210，将黏结剂溶解于有机溶剂中形成质量浓度为5%~60%的黏结剂溶液或黏结剂乳液。
其中，黏结剂可以为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、PVDF（聚偏氟乙烯）、改性SBR（改性丁苯橡胶）、氟化橡胶或聚氨酯等。有机溶剂可以为丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮（NMP）或环己烷等。
步骤S220，向上述黏结剂溶液或黏结剂乳液中加入氮化铝粉体，搅拌均匀，得到悬浮液，其中氮化铝粉体的加入量按照氮化铝粉体在悬浮液中的质量分数为1%~50%添加。
氮化铝粉体的颗粒粒径优选为3~1000nm。
步骤S230，将悬浮液涂布在聚烯烃隔膜基体的两侧。
具体可以通过浸渍涂布、刮刀涂布、刮棒涂布、喷涂等方式将上述悬浮液均匀涂布在聚烯烃隔膜基体的两侧。
步骤S240，烘干后得到包括聚烯烃隔膜基体及涂布在聚烯烃隔膜基体两侧的氮化铝粉体涂层的电化学电源隔膜。
烘干过程优选在干燥的氛围中进行，如干燥的空气、真空或干燥的保护气体如氢气、氮气、惰性气体等，烘干的温度优选为40~200℃。
该电化学电源隔膜的制备方法原理简单，对设备要求低，可以广泛推广应用。
以下为具体实施例部分
实施例1
取100g的氯仿置于容器中，向氯仿中加入10g的聚四氟乙烯，搅拌直至形成均匀的聚四氟乙烯氯仿乳液。
向上述聚四氟乙烯氯仿乳液中加入10g的平均粒径为500nm的氮化铝粉体，搅拌均匀，得到悬浮液。
将聚乙烯隔膜基体浸入到上述悬浮液中并静置30分钟后，匀速提起。
将涂布有悬浮液的聚乙烯隔膜基体至于100℃的流动的氮气中干燥12小时得电化学电源隔膜。
将得到电化学电源隔膜至于120℃中保温1小时后测量，未发生明显的收缩。说明所得到的隔膜具有很好的热稳定性。
实施例2
取100g的四氢呋喃置于容器中，向四氢呋喃中加入50g的聚乙烯醇，搅拌直至形成均匀的聚乙烯醇四氢呋喃乳液。
向上述聚乙烯醇四氢呋喃乳液中加入30g的平均粒径为200nm的氮化铝粉体，搅拌均匀，得到悬浮液。
将聚丙烯隔膜基体浸入到上述悬浮液中并静置30分钟后，匀速提起。
将涂布有悬浮液的聚丙烯隔膜基体至于60℃的真空环境下干燥6小时得电化学电源隔膜。
实施例3
取100g的二氯甲烷置于容器中，向二氯甲烷中加入60g的改性SBR，搅拌直至形成均匀的改性SBR二氯甲烷乳液。
向上述改性SBR二氯甲烷乳液中加入40g的平均粒径为1000nm的氮化铝粉体，搅拌均匀，得到悬浮液。
将聚乙烯-聚丙烯-聚乙烯三层隔膜基体浸入到上述悬浮液中并静置30分钟后，匀速提起。
将涂布有悬浮液的聚乙烯-聚丙烯-聚乙烯三层隔膜基体至于60℃的空气中干燥12小时得电化学电源隔膜。
实施例4
取100g的丙酮置于容器中，向丙酮中加入60g的PVDF-HFP（含质量分数为6%的六氟丙烯（HFP）），搅拌直至形成均匀的PVDF丙酮溶液。
向上述PVDF丙酮溶液中加入40g的平均粒径为500nm的氮化铝粉体，搅拌均匀，得到悬浮液。
将聚乙烯-聚丙烯双层隔膜基体浸入到上述悬浮液中并静置30分钟后，匀速提起。
将涂布有悬浮液的聚乙烯-聚丙烯双层隔膜基体至于90℃的氩气中干燥12小时得电化学电源隔膜。
实施例5
取100g的二甲基甲酰胺置于容器中，向二甲基甲酰胺中加入60g的氟化橡胶，搅拌直至形成均匀的氟化橡胶二甲基甲酰胺溶液。
向上述氟化橡胶二甲基甲酰胺溶液中加入40g的平均粒径为300nm的氮化铝粉体，搅拌均匀，得到悬浮液。
将聚乙烯隔膜基体浸入到上述悬浮液中并静置30分钟后，匀速提起。
将涂布有悬浮液的聚乙烯隔膜基体至于40℃的空气中干燥12小时得电化学电源隔膜。
实施例6
取100g的环己烷置于容器中，向环己烷中加入60g的聚氨酯，搅拌直至形成均匀的聚氨酯环己烷溶液。
向上述聚氨酯环己烷溶液中加入40g的平均粒径为50nm的氮化铝粉体，搅拌均匀，得到悬浮液。
将聚乙烯隔膜基体浸入到上述悬浮液中并静置30分钟后，匀速提起。
将涂布有悬浮液的聚乙烯隔膜基体至于60℃的空气中干燥12小时得电化学电源隔膜。
实施例7
取100g的NMP置于容器中，向NMP中加入60g的PVDF，搅拌直至形成均匀的PVDF NMP溶液。
向上述PVDF NMP溶液中加入40g的平均粒径为500nm的氮化铝粉体，搅拌均匀，得到悬浮液。
将聚乙烯-聚丙烯双层隔膜基体浸入到上述悬浮液中并静置30分钟后，匀速提起。
将涂布有悬浮液的聚乙烯-聚丙烯双层隔膜基体至于90℃的氩气中干燥12小时得电化学电源隔膜。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种电化学电源隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将黏结剂分散于有机溶剂中制备质量分数为5%~60%的黏结剂溶液或黏结剂乳液；
向所述黏结剂溶液或黏结剂乳液中加入氮化铝粉体，搅拌均匀，制备氮化铝质量分数为1%~50%的悬浮液；
将所述悬浮液涂布在聚烯烃隔膜基体的两侧；
烘干后得到包括聚烯烃隔膜基体及涂布在所述聚烯烃隔膜基体两侧的氮化铝粉体涂层的电化学电源隔膜。
2.如权利要求1所述的电化学电源隔膜的制备方法，其特征在于，所述黏结剂为聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、改性丁苯橡胶、氟化橡胶或聚氨酯。
3.如权利要求1所述的电化学电源隔膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮或环己烷。
4.如权利要求1所述的电化学电源隔膜的制备方法，其特征在于，所述氮化铝粉体的颗粒粒径为3~1000nm。
5.如权利要求1所述的电化学电源隔膜的制备方法，其特征在于，所述聚烯烃隔膜基体为聚乙烯隔膜基体、聚丙烯隔膜基体、聚乙烯-聚丙烯双层隔膜基体或聚乙烯-聚丙烯-聚乙烯三层隔膜基体。
6.如权利要求1所述的电化学电源隔膜的制备方法，其特征在于，所述烘干是将涂布有所述悬浮液的聚烯烃隔膜基体置于干燥的空气中、真空中或保护气体中，在40~200℃条件下干燥处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140115 |