CN103943806B - 一种由芳纶纤维构成的电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种由芳纶纤维构成的电池隔膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由芳纶纤维构成的电池隔膜，由如下比例原料组成：芳纶1414浆粕10％～80％，芳纶1313超细短切纤维5％～40％，芳纶1313超长纤维≤10％，芳纶1313沉析纤维10％～50％。本发明由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备过程包括：(1)原料的称取(2)原料预处理；(3)制成浆料并加入静电消除剂(4)浆料的稀释；(5)压榨、干燥、热轧成型、卷纸、复卷、分切和包装，制成电池隔膜。本发明所述的由芳纶纤维构成的电池隔膜具备优异的机械强度、热稳定性、耐疲劳性能以及耐化学腐蚀性能的特点，能够广泛应用于离子电池的生产制造。

Description

一种由芳纶纤维构成的电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电池隔膜，特别是涉及一种以芳纶纤维为原料的电池隔膜及其制备方法。
背景技术
隔膜是锂离子电池重要的组成部分，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能等特性。性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
目前，锂离子电池隔膜主要为聚烯烃隔膜，其具有足够小的孔径能够有效防止电池内部短路，且具有较好的均匀性，能有效保证电池的充放电性能。但在应用过程中，如果电池由于内部短路或者过充等导致发生热失控，电池内部温度迅速升高，聚烯烃膜在高温下(高于170℃)无法保证其完整性，使正负极材料发生大面积接触，导致电池发生爆炸，对电池的安全性构成威胁。特别是在锂离子动力电池中，大容量大功率充放电的设计要求隔膜具有更好的耐高温性能。另外，聚烯烃隔膜透气性较差，无法很好满足电池快速充放电的需要，影响电池的循环使用寿命。综合上述内容，发明一种耐高温、耐化学腐蚀、耐疲劳、机械强度大的电池隔膜纸是很有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电池隔膜的制备方法，本方法以芳纶1414浆粕，芳纶1313超细短切纤维，芳纶1313超长纤维，芳纶1313沉析纤维为原料，采用湿法抄纸工艺抄造而成，以该方法制备的电池隔膜孔隙率大，孔径小，离子电导高，定量低，厚度小，在200℃下处理2h尺寸收缩率为0，在250℃下处理2h尺寸收缩率小于0.5％。同时具备优异的机械强度、热稳定性、耐疲劳性能以及耐化学腐蚀性能。
一种由芳纶纤维构成的电池隔膜，由如下质量比例的原料组成：芳纶1414浆粕10％～80％，芳纶1313超细短切纤维5％～40％，芳纶1313超长纤维≤10％，芳纶1313沉析纤维10％～50％。
本发明所述由芳纶纤维构成的电池隔膜，其中芳纶1414浆粕的打浆度为25～70°SR。
本发明所述由芳纶纤维构成的电池隔膜，其中所述芳纶1313超细短切纤维长度为5～7mm，纤度为0.8～1D。
本发明所述由芳纶纤维构成的电池隔膜，其中所述芳纶1313超长纤维长度为15～20mm，采用超声波分散工艺分散。
本发明所述由芳纶纤维构成的电池隔膜，其中所述芳纶1313沉析纤维的打浆度为30～75°SR。
本发明所述由芳纶纤维构成的电池隔膜，其中电池隔膜的孔隙率为60％～80％，孔径为0.5～1μm，离子电导大于10-3s/cm，定量为15～20g/m2。
本发明所述由芳纶纤维构成的电池隔膜，其中所述电池隔膜的厚度为15-20μm。
一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料的称取：按照一定质量比例称取原料，其质量比例为：芳纶1414浆粕10％～80％，芳纶1313超细短切纤维5％～40％，芳纶1313超长纤维≤10％，芳纶1313沉析纤维10％～50％；
(2)原料的预处理：用去离子水将步骤(1)中称量好的四种原料分别配制成水溶液；
(3)将步骤(2)配制好的四种水溶液混合均匀，制成浆料，再向所述浆料中加入静电消除剂，加入静电消除剂的质量为原料质量的0.1％-0.5％；
(4)用去离子水将含有静电消除剂的浆料稀释至浓度为0.01％～0.05％；
(5)稀释后的浆料经上网脱水成型、压榨、干燥、热轧成型，再经卷纸机卷纸、复卷、分切后包装得到产品。
本发明所述由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其中步骤(2)中将四种原料分别配制成水溶液为：
A.用去离子水将芳纶1414浆粕配制成浓度为10％～30％的水溶液，打浆至打浆度为25～70°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.1％-1％的芳纶1414浆粕水溶液；
B.将芳纶1313超细短切纤维在去离子水中分散均匀，配制成浓度0.04％-0.5％芳纶1313超细短切纤维水溶液；
C.将芳纶1313超长纤维在去离子水中采用超声分散工艺进行分散均匀，配制成浓度不大于0.1％的芳纶1313超细短切纤维水溶液；
D.用去离子水将芳纶1313沉析纤维配制成浓度为0.1％～1％的水溶液，打浆至打浆度为30～75°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.01％-0.1％的芳纶1313沉析纤维水溶液。
本发明所述由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其中步骤(5)中热轧成型温度为100℃～380℃，线压力为100～350kg/cm。
本发明与现有技术不同之处在于：本发明所述由芳纶纤维构成的电池隔膜孔隙率60％～80％，孔径0.5～1μm，离子电导大于10-3s/cm，定量15～20g/m2，厚度15-20μm，同时具备优异的机械强度、热稳定性、耐疲劳性能以及耐化学腐蚀性能。本发明所述由芳纶纤维构成的电池隔膜同时具备优异的机械强度、热稳定性、耐疲劳性能以及耐化学腐蚀性能。
下面结合附图对本发明方法的具体操作流程作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
原料的称取：按照如下质量比例称取原料：芳纶1414浆粕80％，芳纶1313超细短切纤维10％，芳纶1313沉析纤维10％；
原料预处理：将称量好的原料配分别制成水溶液，配制过程如下：
A.用去离子水将芳纶1414浆粕配制成浓度为10％的水溶液，打浆至打浆度为25°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.1％的芳纶1414浆粕水溶液；
B.将芳纶1313超细短切纤维在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.04％芳纶1313超细短切纤维水溶液；
C.用去离子水将芳纶1313沉析纤维配制成浓度为0.1％的水溶液，打浆至打浆度为30°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.01％的芳纶1313沉析纤维水溶液。
将配制好的三种水溶液均匀混合成浆料，再向所述浆料中加入静电消除剂P2008，加入静电消除剂P2008的质量为原料质量的0.1％；
用去离子水将含有静电消除剂P2008的浆料稀释至浓度为0.01％；
将稀释好的浆料经上网脱水成型；压榨、干燥；在成型温度为100℃，线压力为100kg/cm条件下进行热轧成型，再经卷纸、复卷、分切和包装，制得电池隔膜。
实施例2
原料的称取：按照如下质量比例称取原料：芳纶1414浆粕10％，芳纶1313超细短切纤维40％，芳纶1313超长纤维10％，芳纶1313沉析纤维40％；
原料预处理：将称量好的原料配分别制成水溶液，配制过程如下：
A.用去离子水将芳纶1414浆粕配制成浓度为30％的水溶液，打浆至打浆度为70°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为1％的芳纶1414浆粕水溶液；
B.将芳纶1313超细短切纤维在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.5％芳纶1313超细短切纤维水溶液；
C.将芳纶1313超长纤维在去离子水中采用超声分散工艺进行分散均匀，配制成浓度为0.1％的芳纶1313超细短切纤维水溶液；
D.用去离子水将芳纶1313沉析纤维配制成浓度为1％的水溶液，打浆至打浆度为60°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.1％的芳纶1313沉析纤维水溶液。
将配制好的四种水溶液均匀混合成浆料，再向所述浆料中加入静电消除剂P2108，加入静电消除剂P2108的质量为原料质量的0.5％；
用去离子水将含有静电消除剂P2108的浆料稀释至浓度为0.05％；
将稀释好的浆料经上网脱水成型；压榨、干燥；在成型温度为380℃，线压力为350kg/cm条件下进行热轧成型，再经卷纸、复卷、分切和包装制得电池隔膜。
实施例3
原料的称取：按照如下质量比例称取原料：芳纶1414浆粕40％，芳纶1313超细短切纤维5％，芳纶1313超长纤维5％，芳纶1313沉析纤维50％；
原料预处理：将称量好的原料配分别制成水溶液，配制过程如下：
A.用去离子水将芳纶1414浆粕配制成浓度为15％的水溶液，打浆至打浆度为30°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.5％的芳纶1414浆粕水溶液；
B.将芳纶1313超细短切纤维在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.2％芳纶1313超细短切纤维水溶液；
C.将芳纶1313超长纤维在去离子水中采用超声分散工艺进行分散均匀，配制成浓度为0.05％的芳纶1313超细短切纤维水溶液；
D.用去离子水将芳纶1313沉析纤维配制成浓度为0.5％的水溶液，打浆至打浆度为75°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.05％的芳纶1313沉析纤维水溶液。
将配制好的四种水溶液均匀混合成浆料，再向所述浆料中加入静电消除剂P2508，加入静电消除剂P2508的质量为原料质量的0.2％；
用去离子水将含有静电消除剂P2508的浆料稀释至浓度为0.02％；
将稀释好的浆料经上网脱水成型；压榨、干燥；在成型温度为150℃，线压力为180kg/cm条件下进行热轧成型，制得电池隔膜。
实施例4
原料的称取：按照如下质量比例称取原料：芳纶1414浆粕60％，芳纶1313超细短切纤维15％，芳纶1313超长纤维5％，芳纶1313沉析纤维20％；
原料预处理：将称量好的原料配分别制成水溶液，配制过程如下：
A.用去离子水将芳纶1414浆粕配制成浓度为20％的水溶液，打浆至打浆度为45°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.8％的芳纶1414浆粕水溶液；
B.将芳纶1313超细短切纤维在去离子水中分散均匀，配制成浓度0.3％芳纶1313超细短切纤维水溶液；
C.将芳纶1313超长纤维在去离子水中采用超声分散工艺进行分散均匀，配制成浓度为0.08％的芳纶1313超细短切纤维水溶液；
D.用去离子水将芳纶1313沉析纤维配制成浓度为0.6％的水溶液，打浆至打浆度为45°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.06％的芳纶1313沉析纤维水溶液。
将配制好的四种水溶液均匀混合成浆料，再向所述浆料中加入静电消除剂P2508，加入静电消除剂P2508的质量为原料质量的0.5％；
用去离子水将含有静电消除剂P2508的浆料稀释至浓度为0.035％；
将稀释好的浆料经上网脱水成型；压榨、干燥；在成型温度为200℃，线压力为300kg/cm条件下进行热轧成型，制得电池隔膜。
实施例5
原料的称取：按照如下质量比例称取原料：芳纶1414浆粕60％，芳纶1313超细短切纤维20％，芳纶1313超长纤维5％，芳纶1313沉析纤维15％；
原料预处理：将称量好的原料配分别制成水溶液，配制过程如下：
A.用去离子水将芳纶1414浆粕配制成浓度为20％的水溶液，打浆至打浆度为65°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.4％的芳纶1414浆粕水溶液；
B.将芳纶1313超细短切纤维在去离子水中分散均匀，配制成浓.度0.35％芳纶1313超细短切纤维水溶液；
C.将芳纶1313超长纤维在去离子水中采用超声分散工艺进行分散均匀，配制成浓度为0.03％的芳纶1313超细短切纤维水溶液；
D.用去离子水将芳纶1313沉析纤维配制成浓度为0.7％的水溶液，打浆至打浆度为30～75°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.07％的芳纶1313沉析纤维水溶液。
将配制好的四种水溶液均匀混合成浆料，再向所述浆料中加入静电消除剂P2108，加入静电消除剂P2108的质量为原料质量的0.4％；
用去离子水将含有静电消除剂P2108的浆料稀释至浓度为0.035％；
将稀释好的浆料经上网脱水成型；压榨、干燥；在成型温度为260℃，线压力为320kg/cm条件下进行热轧成型，制得电池隔膜。
以上实施例制得的电池隔膜孔隙率60％～80％，孔径0.5～1μm，离子电导大于10-3s/cm，定量15～20g/m2，厚度15-20μm，同时具备优异的机械强度、热稳定性、耐疲劳性能以及耐化学腐蚀性能。
以上所述的实施例仅仅用于说明本发明，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种配比和参数的改变，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)原料的称取：所述电池隔膜由如下质量比例的原料组成：芳纶1414浆粕10％～80％，芳纶1313超细短切纤维5％～40％，芳纶1313超长纤维≤10％，芳纶1313沉析纤维10％～50％；
(2)原料的预处理：用去离子水将步骤(1)中称量好的四种原料分别配制成水溶液；
(3)将步骤(2)配制好的四种水溶液混合均匀，制成浆料，再向所述浆料中加入静电消除剂，加入静电消除剂的质量为原料质量的0.1％-0.5％；
(4)用去离子水将含有静电消除剂的浆料稀释至浓度为0.01％～0.05％；
(5)稀释后的浆料经上网脱水成型、压榨、干燥、热轧成型，再经卷纸机卷纸、复卷、分切后包装得到产品。
2.根据权利要求1所述的由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述芳纶1414浆粕的打浆度为25～70°SR。
3.根据权利要求2所述的由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述芳纶1313超细短切纤维长度为5～7mm，纤度为0.8～1D。
4.根据权利要求3所述的由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述芳纶1313超长纤维长度为15～20mm，采用超声波分散工艺分散。
5.根据权利要求4所述的由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述芳纶1313沉析纤维的打浆度为30～75°SR。
6.根据权利要求5所述的由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述电池隔膜的孔隙率为60％～80％，孔径为0.5～1μm，离子电导大于10-3s/cm，定量为15～20g/m2，在200℃下处理2h尺寸收缩率为0，在250℃下处理2h尺寸收缩率小于0.5％。
7.根据权利要求6所述的由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述电池隔膜的厚度为15-20μm。
8.根据权利要求7所述的由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中原料的预处理包括如下步骤：
(A)用去离子水将芳纶1414浆粕配制成浓度为10％～30％的水溶液，打浆至打浆度为25～70°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.1％-1％的芳纶1414浆粕水溶液；
(B)将芳纶1313超细短切纤维在去离子水中分散均匀，配制成浓度0.04％-0.5％芳纶1313超细短切纤维水溶液；
(C)将芳纶1313超长纤维在去离子水中采用超声分散工艺进行分散均匀，配制成浓度不大于0.1％的芳纶1313超长纤维水溶液；
(D)用去离子水将芳纶1313沉析纤维配制成浓度为0.1％～1％的水溶液，打浆至打浆度为30～75°SR，然后在去离子水中分散均匀，配制成浓度为0.01％-0.1％的芳纶1313沉析纤维水溶液。
9.根据权利要求8所述的由芳纶纤维构成的电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述热轧成型温度为100℃～380℃，线压力为100～350kg/cm。
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