CN104466059A - 一种锂离子电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池隔膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池隔膜，由两层膜体复合而成，其中一层膜体是由纳米Al2O3、纳米SiO2以及聚偏氟乙烯制备而成，另一层膜体是由高密度聚乙烯制备而成。本发明制备的锂离子电池隔膜可以在长时间的充放电中保护电池，能有效地防止电池内部温度上升太快太高出现电池隔膜熔融破裂导致电池内部短路，能避免发生火灾或爆炸。混有无机纳米材料的PVDF膜与HDPE膜层结合，其闭合温度上限从120℃提高到185℃，耐高温性能、热稳定性以及力学性能也有较大程度的提高，破膜温度提升到200℃以上，从而可以有效地防止在长时间的充放电中电池内部温度太高而导致隔膜熔融破裂短路而发生火灾和爆炸。

Description

一种锂离子电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池隔膜材料技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法。
背景技术
目前，锂电池隔膜多以聚乙烯、聚丙烯为主要原料制造的PP单层膜、PE单层膜以及PP/PE/PP的复合膜。这些隔膜具有耐腐蚀，在90-120℃高温时能闭合微孔，无毒廉价等特点，但是闭孔温度的范围过于狭窄，破膜温度只有150℃左右，在炎热的夏天，在对电池充放电的过程中电池内部温度可能大幅升高到200℃，因高温导致隔膜熔融破裂而短路，会发生火灾和爆炸，使得锂离子电池有潜在的安全隐患。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种锂离子电池隔膜及其制备方法，该锂离子电池隔膜具有较宽范围微孔闭合温度、较高破膜温度、孔隙率高、机械强度高、化学稳定性能好、充放电性能和循环性能良好、安全性好等特点，且其成本较低，生产步骤简单，具有较好的推广前景，可以广泛的用于锂离子电池领域。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锂离子电池隔膜，由两层膜体复合而成，其中一层膜体是由纳米Al2O3、纳米SiO2以及聚偏氟乙烯制备而成，另一层膜体是由高密度聚乙烯制备而成。所述高密度聚乙烯简称为HDPE。
本发明还提供了一种制备如上所述的锂离子电池隔膜的方法，包括如下制备步骤，
1)、将纳米Al2O3、纳米SiO2用偶联剂润湿处理；
2)、将步骤1)经过处理的纳米Al2O3、纳米SiO2以及聚偏氟乙烯粉末在高混机中均匀混合8～15分钟；
3)、将步骤2)中混合均匀后的物料送入双螺杆挤压机，在225℃～245℃下熔融，然后注入压延机的其中一个熔融箱体内；
4)、将高密度聚乙烯的粒料经单螺杆挤压机熔融，并注入压延机的另一个熔融箱体内；
5)、将步骤3)与步骤4)中两个熔融箱体内的熔体分别同时分层送入压延辊，形成双层复合熔体，经过多次双向拉伸得到复合膜；
6)、将步骤5)得到的复合膜在50～60℃时拉伸产生微孔，然后在100～110℃下，热定型处理1～4分钟，然后降温至常温，再静置2～4小时，即得到锂离子电池隔膜成品。
优选的，步骤1)中，纳米Al2O3、纳米SiO2的质量比为1～1.5:1～1.5。
优选的，步骤1)中，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。硅烷偶联剂KH-550又称3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
优选的，步骤2)中，纳米Al2O3、纳米SiO2混合物料与聚偏氟乙烯的质量比为1～2:8～9。
优选的，步骤2)中，纳米Al2O3、纳米SiO2混合物料与聚偏氟乙烯的质量比为1.5:8.5。
优选的，步骤4)中熔融的温度为135～160℃。
优选的，步骤5)中，两个熔融箱体内的熔体按质量比1～1.5：1分别同时分层送入压延辊。
本发明还提供了一种锂离子电池，包括如上技术方案所述的锂离子电池隔膜。
本发明还提供了一种锂离子电池，包括如上技术方案所述的制备方法制备的锂离子电池隔膜。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明制备的锂离子电池隔膜可以在长时间的充放电中保护电池，能有效地防止电池内部温度上升太快太高出现电池隔膜熔融破裂导致电池内部短路，能避免发生火灾或爆炸。电池在长时间的充放电中会产生较高温度，HDPE在90～120℃时有很好的热收缩性，关闭微孔，增大内阻，减小电流，减少电热产生。混有无机纳米材料的PVDF膜与HDPE膜层结合，其闭合温度上限从120℃提高到185℃，耐高温性能、热稳定性以及力学性能也有较大程度的提高，破膜温度提升到200℃以上，从而可以有效地防止在长时间的充放电中电池内部温度太高而导致隔膜熔融破裂短路而发生火灾和爆炸。
具体实施方式
实施例一
一种制备如上所述的锂离子电池隔膜的方法，包括如下制备步骤，
1)、将纳米Al2O3、纳米SiO2用偶联剂润湿处理，其中；纳米Al2O3、纳米SiO2的质量比为1:1。
2)、将步骤1)经过处理的纳米Al2O3、纳米SiO2以及聚偏氟乙烯粉末在高混机中均匀混合10分钟，其中纳米Al2O3、纳米SiO2的混合物与聚偏氟乙烯粉末的质量比为1:9；
3)、将步骤2)中混合均匀后的物料送入双螺杆挤压机，在235℃下熔融，然后注入压延机的其中一个熔融箱体内；
4)、将高密度聚乙烯的粒料经单螺杆挤压机，在140℃下熔融，并注入压延机的另一个熔融箱体内；
5)、将步骤3)与步骤4)中两个熔融箱体内的熔体按质量比1.2：1分别同时分层送入压延辊，形成双层复合熔体，经过多次双向拉伸得到复合膜；
6)、将步骤5)得到的复合膜在50℃时拉伸产生微孔，然后在103℃下，热定型处理2分钟，然后降温至常温，再静置3小时，即得到锂离子电池隔膜成品。
实施例二
一种制备如上所述的锂离子电池隔膜的方法，包括如下制备步骤，
1)、将纳米Al2O3、纳米SiO2用偶联剂润湿处理；其中；纳米Al2O3、纳米SiO2的质量比为1:1。
2)、将步骤1)经过处理的纳米Al2O3、纳米SiO2以及聚偏氟乙烯粉末在高混机中均匀混合10分钟，其中纳米Al2O3、纳米SiO2的混合物与聚偏氟乙烯粉末的质量比为1.5:8.5；
3)、将步骤2)中混合均匀后的物料送入双螺杆挤压机，在235℃下熔融，然后注入压延机的其中一个熔融箱体内；
4)、将高密度聚乙烯的粒料经单螺杆挤压机，在145℃下熔融，并注入压延机的另一个熔融箱体内；
5)、将步骤3)与步骤4)中两个熔融箱体内的熔体按质量比1.2：1分别同时分层送入压延辊，形成双层复合熔体，经过多次双向拉伸得到复合膜；
6)、将步骤5)得到的复合膜在55℃时拉伸产生微孔，然后在103℃下，热定型处理2分钟，然后降温至常温，再静置3小时，即得到锂离子电池隔膜成品。
实施例三
一种制备如上所述的锂离子电池隔膜的方法，包括如下制备步骤，
1)、将纳米Al2O3、纳米SiO2用偶联剂润湿处理；其中；纳米Al2O3、纳米SiO2的质量比为1:1.5；
2)、将步骤1)经过处理的纳米Al2O3、纳米SiO2以及聚偏氟乙烯粉末在高混机中均匀混合10分钟，其中纳米Al2O3、纳米SiO2的混合物与聚偏氟乙烯粉末的质量比为1.5:8.5；
3)、将步骤2)中混合均匀后的物料送入双螺杆挤压机，在235℃下熔融，然后注入压延机的其中一个熔融箱体内；
4)、将高密度聚乙烯的粒料经单螺杆挤压机，在150℃下熔融，并注入压延机的另一个熔融箱体内；
5)、将步骤3)与步骤4)中两个熔融箱体内的熔体按质量1.2：1分别同时分层送入压延辊，形成双层复合熔体，经过多次双向拉伸得到复合膜；
6)、将步骤5)得到的复合膜在60℃时拉伸产生微孔，然后在103℃下，热定型处理2分钟，然后降温至常温，再静置3小时，即得到锂离子电池隔膜成品。
实施例四
一种制备如上所述的锂离子电池隔膜的方法，包括如下制备步骤，
1)、将纳米Al2O3、纳米SiO2用偶联剂润湿处理；其中；纳米Al2O3、纳米SiO2的质量比为1:1.5；
2)、将步骤1)经过处理的纳米Al2O3、纳米SiO2以及聚偏氟乙烯粉末在高混机中均匀混合10分钟，其中纳米Al2O3、纳米SiO2的混合物与聚偏氟乙烯粉末的质量比为2:8；
3)、将步骤2)中混合均匀后的物料送入双螺杆挤压机，在235℃下熔融，然后注入压延机的其中一个熔融箱体内；
4)、将高密度聚乙烯的粒料经单螺杆挤压机，在140℃下熔融，，并注入压延机的另一个熔融箱体内；
5)、将步骤3)与步骤4)中两个熔融箱体内的熔体按质量比1.2：1分别同时分层送入压延辊，形成双层复合熔体，经过多次双向拉伸得到复合膜；
6)、将步骤5)得到的复合膜在55℃时拉伸产生微孔，然后在110℃下，热定型处理2分钟，然后降温至常温，再静置3小时，即得到锂离子电池隔膜成品。
实施例五
一种制备如上所述的锂离子电池隔膜的方法，包括如下制备步骤，
1)、将纳米Al2O3、纳米SiO2用偶联剂润湿处理；其中；纳米Al2O3、纳米SiO2的质量比为1.5:1；
2)、将步骤1)经过处理的纳米Al2O3、纳米SiO2以及聚偏氟乙烯粉末在高混机中均匀混合10分钟，其中纳米Al2O3、纳米SiO2的混合物与聚偏氟乙烯粉末的质量比为1.5:8.5；
3)、将步骤2)中混合均匀后的物料送入双螺杆挤压机，在235℃下熔融，然后注入压延机的其中一个熔融箱体内；
4)、将高密度聚乙烯的粒料经单螺杆挤压机，在145℃下熔融，，并注入压延机的另一个熔融箱体内；
5)、将步骤3)与步骤4)中两个熔融箱体内的熔体按质量比1.2：1分别同时分层送入压延辊，形成双层复合熔体，经过多次双向拉伸得到复合膜；
6)、将步骤5)得到的复合膜在60℃时拉伸产生微孔，然后在110℃下，热定型处理2分钟，然后降温至常温，再静置3小时，即得到锂离子电池隔膜成品。
将实施例一～实施例五制备的锂离子电池隔膜进行测试，测试结果如下：
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池隔膜，其特征在于：由两层膜体复合而成，其中一层膜体是由纳米Al2O3、纳米SiO2以及聚偏氟乙烯制备而成，另一层膜体是由高密度聚乙烯制备而成。
2.一种制备如权利要求1所述的锂离子电池隔膜的方法，其特征在于：包括如下制备步骤，
1)、将纳米Al2O3、纳米SiO2用偶联剂润湿处理；
2)、将步骤1)经过处理的纳米Al2O3、纳米SiO2以及聚偏氟乙烯粉末在高混机中均匀混合8～15分钟；
3)、将步骤2)中混合均匀后的物料送入双螺杆挤压机，在225℃～245℃下熔融，然后注入压延机的其中一个熔融箱体内；
4)、将高密度聚乙烯的粒料经单螺杆挤压机熔融，并注入压延机的另一个熔融箱体内；
5)、将步骤3)与步骤4)中两个熔融箱体内的熔体分别同时分层送入压延辊，形成双层复合熔体，经过多次双向拉伸得到复合膜；
6)、将步骤5)得到的复合膜在50～60℃时拉伸产生微孔，然后在100～110℃下，热定型处理1～4分钟，然后降温至常温，再静置2～4小时，即得到锂离子电池隔膜成品。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中，纳米Al2O3、纳米SiO2的质量比为1～1.5:1～1.5。
4.根据权利要求2或3所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。
5.根据权利要求2所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤2)中，纳米Al2O3、纳米SiO2混合物料与聚偏氟乙烯的质量比为1～2:8～9。
6.根据权利要求2或5所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤2)中，纳米Al2O3、纳米SiO2混合物料与聚偏氟乙烯的质量比为1.5:8.5。
7.根据权利要求2所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤4)中，熔融的温度为135～160℃。
8.根据权利要求2所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤5)中，两个熔融箱体内的熔体按质量比1～1.5：1分别同时分层送入压延辊。
9.一种锂离子电池，其特征在于：包括如权利要求1所述的锂离子电池隔膜。
10.一种锂离子电池，其特征在于：包括如权利要求2～8任一项所述的制备方法制备的锂离子电池隔膜。
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