CN103545475A - 锂离子电池硫酸钡隔膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池领域，公开了一种锂离子电池硫酸钡隔膜及其制备方法，在锂离子电池隔膜表层涂布硫酸钡微粒。将纳米级的硫酸钡微粒、粘结剂、溶剂和敷料混合在一起搅拌，之后将浆料涂布在锂离子电池隔膜的正反两面形成涂层，涂层烘干后，制成硫酸钡隔膜，卷绕存放。本发明除了拥有陶瓷隔膜的安全特性外，提高了薄膜的耐穿刺、热收缩性能的同时，还提高了浸润度、空隙率及化学稳定性。并且提高了锂离子电池的能量密度。生产可操作性强。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，涉及一种锂离子电池硫酸钡隔膜及其制备方法。
背景技术
自改革开放以来，我国的汽车制造业得到了长足的发展。但是面对气候变暖和能源枯竭双重压力，发展电动汽车已成为世界各国的共识。而生产电动汽车的关键是动力电池，如何生产高安全性的电池，更是重中之重。为提高锂离子电池的安全性能，目前，国内外通常的做法是，在现有的PP、PE或无纺布隔膜表层涂布陶瓷微粒，以提高隔膜的抗穿刺和高温性能。本发明人提供了一种纳米级的硫酸钡微粒，用以替换现有的陶瓷微粒。在提高隔膜安全性的同时，进一步提高锂离子电池的能量密度，和生产过程的可操作性。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池硫酸钡隔膜及其制备方法，锂离子电池硫酸钡隔膜除了拥有陶瓷隔膜的安全特性外，提高薄膜的耐穿刺、热收缩性能的同时，提高浸润度、空隙率及化学稳定性，且提高锂离子电池的能量密度。制备方法简单，生产可操作性强。
本发明所述的锂离子电池硫酸钡隔膜，在锂离子电池隔膜表层涂布硫酸钡微粒。
所述的硫酸钡是纳米材料，粒径小，比表面大，溶剂挥发后，硫酸坝微粒和微粒之间形成无数微小的网状间隙，提高电解液的浸润度，有利于锂离子的脱嵌，提升倍率充放电效率；紧密排列的硫酸钡纳米涂层提高了硫酸钡隔膜耐穿刺及热收缩性能，有效防止锂晶枝的短路危害，提高了锂离子电池的安全性。且硫酸钡是一种惰性材料，化学性能特别稳定，以及比重轻的特性。又由于硫酸钡化学性能特别稳定，可以提高锂离子电池的电化学稳定性。
电池隔膜表层涂布的硫酸钡介质的粒径为20纳米-300纳米。
锂离子电池隔膜的厚度为8-50微米。由于硫酸钡的比重较陶瓷轻，硫酸钡隔膜能够提高锂离子电池的能量密度。
锂离子电池硫酸钡隔膜的制备方法如下：
将纳米级的硫酸钡微粒、粘结剂、溶剂和敷料混合在一起搅拌，之后将浆料涂布在锂离子电池隔膜的正反两面形成涂层，涂层烘干后，制成硫酸钡隔膜，卷绕存放。
涂层烘干后的厚度为1微米-10微米，优选1微米。
粘结剂为明胶或偏氟乙烯。
溶剂为去离子水或有机溶剂。优选去离子水。有机溶剂有选丙酮。
粘结剂与溶剂共同构成粘结体系，以明胶为主体，以水为溶剂的水性粘合剂体系；以聚偏氟乙烯为主体，以丙酮为溶剂的油性粘合体系；采用水为溶剂的水性粘结体系的涂料，避免在生产过程中对生产员工的伤害以及对环境的污染。采用有机溶剂的粘结体系的粘结强度与水性粘合剂体系相比较，粘结强度高。
所述的敷料为增稠分散剂、浸润流平剂、消泡剂或交联剂中的一种或多种。
增稠分散剂为羧甲基纤维素CMC、聚氧化乙烯PEO或聚乙烯醇PVA；消泡剂为B-3有机硅消泡剂或SI-C聚醚硅油消泡剂；交联剂为甲醇、乙醇、异丙醇或硅烷偶联剂KH560；柔软剂为丁苯橡胶SBR。消泡剂为B-3有机硅消泡剂、或SI-C聚醚硅油消泡剂、硅烷偶联剂KH560的生产厂家为安徽云燕化工有限公司。
锂离子电池基础隔膜为微孔隔膜或无纺布隔膜。
微孔隔膜或无纺布隔膜为PP、PE、聚乙烯醇、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯的高分子材料中一种或多种组成。
烘干温度分为四段，分别为40℃-60℃，60℃-80℃，80℃-60℃，60℃-40℃，涂层通过烘干段的速度为5-59米/分钟。
本发明所述的硫酸钡隔膜，其涂层是由粘结剂、溶剂和硫酸钡所组合而成。经搅拌设备搅拌均匀后，由涂布设备完成涂布后，经烘干流程，其中的溶剂挥发，粘结体系将硫酸钡微粒黏附在微孔基础膜表层，形成微米级厚度的硫酸钡涂层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明除了拥有陶瓷隔膜的安全特性外，提高了薄膜的耐穿刺、热收缩性能的同时，还提高了浸润度、空隙率及化学稳定性。并且提高了锂离子电池的能量密度。生产可操作性强。具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
各物质在浆料中所占的质量百分比为：
粘结剂：15%；硫酸钡微粒：20%；水：60%，羧甲基纤维素CMC：1%，SI-C聚醚硅油消泡剂：4%。
将纳米级的硫酸钡微粒、固含量为10%明胶和去离子水混合在一起倒入行星搅拌釜内搅拌，先由行星搅拌机搅拌30分钟，再转入分散机进行搅拌180分钟，形成合格的浆料，在搅拌的过程中，浆料的温度控制在70℃以下。经由真空脱泡后，采用转移式涂布机，涂布在锂离子电池隔膜的正反两面形成涂层。进入涂层烘干流程，烘干温度分为四段，分别为40℃-60℃，60℃-80℃，80℃-60℃，60℃-40℃，涂层通过烘干段的速度为5米/分钟。涂层烘干后，制成硫酸钡隔膜，卷绕成卷备用。
电池隔膜表层涂布的硫酸钡介质的粒径为200±50纳米。
涂层烘干后的厚度为1微米。
锂离子电池隔膜的厚度为50微米。
实施例2
各物质在浆料中所占的质量百分比为：
粘结剂：5%；硫酸钡微粒：15%；丙酮：40%，聚氧化乙烯PEO：2%。
将聚偏氟乙烯和有机溶剂丙酮倒入行星搅拌釜内搅拌30分钟，聚偏氟乙烯溶解在丙酮溶剂中形成粘结浆料，将纳米硫酸钡微粒倒入搅拌机釜内合粘结剂浆料混合，搅拌90分钟，再转入分散机进行搅拌60分钟，在搅拌的过程中，浆料的温度控制在70℃以下。经由真空脱泡后，采用狭缝式涂布机，涂布在锂离子电池基础隔膜的正反两面形成涂层。进入涂层烘干流程，进入涂层烘干流程，烘干温度分为四段，分别为40℃-60℃，60℃-80℃，80℃-60℃，60℃-40℃，涂层通过烘干段的速度为15米/分钟。涂层烘干后。制成硫酸钡隔膜。卷绕成卷备用。
电池隔膜表层涂布的硫酸钡介质的粒径为100±50纳米。
涂层烘干后的厚度为2微米。
锂离子电池隔膜的厚度为40微米。
实施例3
各物质在浆料中所占的质量百分比为：
明胶：15%；硫酸钡微粒：30%；水：45%，聚乙烯醇PVA为3%，B-3有机硅消泡剂：4%，异丙醇：1%，丁苯橡胶SBR：2%。
将纳米级的硫酸钡微粒、固含量为10%明胶和含量为去离子水混合在一起倒入行星搅拌釜内搅拌，先由行星搅拌机搅拌120分钟，再转入分散机进行搅拌30分钟，形成合格的浆料，在搅拌的过程中，浆料的温度控制在70℃以下。经由真空脱泡后，采用狭缝式涂布机，涂布在锂离子电池隔膜的正反两面形成涂层。进入涂层烘干流程，进入涂层烘干流程，烘干温度分为四段，分别为40℃-60℃，60℃-80℃，80℃-60℃，60℃-40℃，涂层通过烘干段的速度为55米/分钟。涂层烘干后，制成硫酸钡隔膜。卷绕成卷备用。
电池隔膜表层涂布的硫酸钡介质的粒径为80±50纳米。
涂层烘干后的厚度为3微米。
锂离子电池隔膜的厚度为30微米。
实施例4
各物质在浆料中所占的质量百分比为：
粘结剂：10%；硫酸钡微粒：30%；丙酮：50%，聚氧化乙烯PEO：1%，硅烷偶联剂KH5606%，丁苯橡胶3%。
将聚偏氟乙烯和有机溶剂丙酮倒入行星搅拌釜内搅拌20分钟，聚偏氟乙烯溶解在丙酮溶剂中形成粘结浆料，将纳米硫酸钡微粒倒入搅拌机釜内合粘结剂浆料混合，搅拌100分钟，再转入分散机进行搅拌100分钟，在搅拌的过程中，浆料的温度控制在70℃以下。经由真空脱泡后，采用狭缝式涂布机，涂布在锂离子电池基础隔膜的正反两面形成涂层。进入涂层烘干流程，进入涂层烘干流程，烘干温度分为四段，分别为40℃-60℃，60℃-80℃，80℃-60℃，60℃-40℃，涂层通过烘干段的速度为40米/分钟。涂层烘干后。制成硫酸钡隔膜。卷绕成卷备用。
电池隔膜表层涂布的硫酸钡介质的粒径为250±50纳米。
涂层烘干后的厚度为5微米。
锂离子电池隔膜的厚度为25微米。
Claims (10)
1.一种锂离子电池硫酸钡隔膜，其特征是：在锂离子电池隔膜表层涂布硫酸钡微粒。
2.根据权利要求书1所述的锂离子电池硫酸钡隔膜，其特征是：电池隔膜表层涂布的硫酸钡介质的粒径为20-300纳米。
3.根据权利要求书1所述的锂离子电池硫酸钡隔膜，其特征是：锂离子电池隔膜的厚度为8-50微米。
4.一种权利要求书1所述的锂离子电池硫酸钡隔膜的制备方法，其特征是：将纳米级的硫酸钡微粒、粘结剂、溶剂和敷料混合在一起搅拌，之后将浆料涂布在锂离子电池隔膜的正反两面形成涂层，涂层干燥后，制成硫酸钡隔膜，卷绕存放。
5.根据权利要求书4所述的锂离子电池硫酸钡隔膜的制备方法，其特征是：各物质在浆料中所占的质量百分比为：
粘结剂：5-15%；硫酸钡微粒：15-35%；敷料：1-10%；溶剂：40-60%。
6.根据权利要求书4所述的锂离子电池硫酸钡隔膜的制备方法，其特征是：所述的敷料为增稠分散剂、浸润流平剂、消泡剂或交联剂中的一种或多种。
7.根据权利要求书6所述的锂离子电池硫酸钡隔膜的制备方法，其特征是：增稠分散剂为羧甲基纤维素、聚氧化乙烯或聚乙烯醇；消泡剂为有机硅或聚醚硅油；交联剂为甲醇、乙醇、异丙醇或硅烷偶联剂；柔软剂为丁苯橡胶。
8.根据权利要求书4所述的锂离子电池硫酸钡隔膜的制备方法，其特征是：锂离子电池的基础隔膜为微孔隔膜或无纺布隔膜。
9.根据权利要求书8所述的锂离子电池硫酸钡隔膜的制备方法，其特征是：微孔隔膜或无纺布隔膜为PP、PE、聚乙烯醇、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种高分子材料组成。
10.根据权利要求书4所述的锂离子电池硫酸钡隔膜的制备方法，其特征是：在搅拌的过程中，浆料的温度控制在70℃以下。
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Effective date of registration: 20140605 Address after: 255422, Shandong, Zibo province Linzi Qi town pay home Applicant after: Zibo Zhongpinxin Chemical Film Application Technology Co., Ltd. Applicant after: Ningbo Yinzhou Xingling Machine Manufacturing Co., Ltd. Address before: 255422, Shandong, Zibo province Linzi Qi town pay home Applicant before: Zibo Zhongpinxin Chemical Film Application Technology Co., Ltd. |
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Owner name: NINGBO YINZHOU XINGLING MACHINE MANUFACTURING CO., Free format text: FORMER OWNER: ZIBO ZHONGPINXIN CHEMICAL FILM APPLICATION TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20150320 Free format text: FORMER OWNER: NINGBO YINZHOU XINGLING MACHINE MANUFACTURING CO., LTD. Effective date: 20150320 |
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