CN104466060A - 多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法 - Google Patents

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陈欣汉
张文俊
钟腾英
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Abstract

本发明公开了一种多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，包括如下步骤：步骤1：配置水性细菌纤维素浆料和水性陶瓷浆料；步骤2：以聚烯烃隔膜作为涂布基材，在基材表面依次涂布水性陶瓷涂层、水性细菌纤维素涂层，涂布速率为5～100m/min，经过30～100℃烘箱烘干，得到最终聚烯烃层/陶瓷层/细菌纤维素层三层复合隔膜。本发明具有能提高隔膜热安全性和使用寿命且不会对环境造成污染的优点。

Description

多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池隔膜，尤其是涉及一种能提高隔膜热安全性和使用寿命且不会对环境造成污染的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法。
背景技术
作为锂电池四大材料之一的隔膜，尽管并不参与电池中的电化学反应，但却是锂电池中关键的内层组件。电池的容量、循环性能和充放电电流密度等关键性能都与隔膜有着直接的关系，隔膜性能的改善对提高锂电池的综合性能起着重要作用。在锂电池中，隔膜吸收电解液后，可隔离正、负极，以防止短路，但同时还要允许锂离子的传导。而在过度充电或者温度升高时，隔膜还要有高温自闭性能，以阻隔电流传导防止爆炸。不仅如此，锂电池隔膜还要有强度高、防火、耐化学试剂、耐酸碱腐蚀性、生物相容性好、无毒等特点。在聚烯烃隔膜上涂覆功能层是现阶段改善和提高其性能一种最直接最有效的方法。
发明内容
为克服上述缺点，本发明提供一种能提高隔膜热安全性和使用寿命且不会对环境造成污染的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法及装置。
本发明的目的是通过以下技术措施实现的，一种多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，包括如下步骤：
步骤1：配置水性细菌纤维素浆料和水性陶瓷浆料；
步骤2：以聚烯烃隔膜作为涂布基材，在基材表面依次涂布水性陶瓷涂层、水性细菌纤维素涂层，涂布速率为5～100m/min，经过30～100℃烘箱烘干，得到最终聚烯烃层/陶瓷层/细菌纤维素层三层复合隔膜。
作为一种优选方式，所述步骤1中水性细菌纤维素浆料配制方法为：
以去离子水作为溶剂，把水溶性胶黏剂、表面活性剂、分散剂、增稠剂在常温加入去离子水中搅拌溶解，配成溶液；再加入细菌纤维素，搅拌均匀，配成水性浆料；浆料中含0.1％～2％的水溶性高分子增稠剂，0.01％～2％的水性分散剂，0.01％～1％的表面活性剂，0.1％～5％的水性胶黏剂，5％～25％的细菌纤维素，67％～83％的去离子水，上述都为质量分数。
作为一种优选方式，所述步骤1中水性陶瓷浆料配制方法为：
以去离子水作为溶剂，把水溶性胶黏剂、增稠剂在常温下加入去离子水中搅拌溶解，配成溶液；然后在上述溶液中依次加入表面活性剂、水性分散剂和陶瓷粉末，搅拌均匀，配成水性浆料；浆料中含0.1％～2％的增稠剂，0.01％～2％的水性分散剂，0.01％～1％的表面活性剂，0.1％～5％的水性胶黏剂，5％～25％的陶瓷粉末粒子，67％～83％的去离子水，上述都为质量分数。
作为一种优选方式，所述细菌纤维素为木醋杆菌合成的纤维素。
作为一种优选方式，所述陶瓷粉末粒子为SiO2、Al2O3、CaO、TiO2、MgO、ZnO、SnO2、ZrO2中的任意一种或者多种；粒径范围为0.01μm～10μm。
本发明涂覆有二种功能涂层，其中的陶瓷涂层能提高隔膜的热安全性并能提高电解液对隔膜的浸润性，便于电解液的吸收；而细菌纤维素涂层中的细菌纤维素能够在电解液中溶胀，有良好吸收和保持电解液的能力，具有较高的电导率，从而使锂电池具有良好的循环使用寿命。同时，能使电池正负极很好的粘结贴合，提高电芯硬度和形体保持能力。二种涂布浆料所用溶剂均为水，不含丙酮、DMF、NMP等有机溶剂，不会对环境造成污染，不会危害工人的健康。作为工业化生产的产品，使用水作为溶剂极大地降低了生产成本，使产品更具竞争力。
附图说明
图1为本发明实施例电池隔膜的剖面图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
一种多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，参考图1，复合隔膜包括依次层叠的聚烯烃隔膜1、陶瓷涂层2和细菌纤维素涂层3。其制备方法包括如下步骤：
步骤1：配置水性细菌纤维素浆料和水性陶瓷浆料；
步骤2：以聚烯烃隔膜1作为涂布基材，在基材表面依次涂布水性陶瓷涂层2、水性细菌纤维素涂层3，涂布速率为5～100m/min，经过30～100℃烘箱烘干，得到最终聚烯烃层/陶瓷层/细菌纤维素层三层复合隔膜。
本发明的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，在前面技术方案的基础上，步骤1中水性细菌纤维素浆料配制方法为：
以去离子水作为溶剂，把水溶性胶黏剂、表面活性剂、分散剂、增稠剂在常温加入去离子水中搅拌溶解，配成溶液；再加入细菌纤维素，搅拌均匀，配成水性浆料；浆料中含0.1％～2％的水溶性高分子增稠剂，0.01％～2％的水性分散剂，0.01％～1％的表面活性剂，0.1％～5％的水性胶黏剂，5％～25％的细菌纤维素，67％～83％的去离子水，上述都为质量分数；细菌纤维素的重均分子量为12-16万，粒径为100-300nm。
本发明的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，在前面技术方案的基础上，步骤1中水性陶瓷浆料配制方法为：
以去离子水作为溶剂，把水溶性胶黏剂、增稠剂在常温下加入去离子水中搅拌溶解，配成溶液；然后在上述溶液中依次加入表面活性剂、水性分散剂和陶瓷粉末，搅拌均匀，配成水性浆料；浆料中含0.1％～2％的增稠剂，0.01％～2％的水性分散剂，0.01％～1％的表面活性剂，0.1％～5％的水性胶黏剂，5％～25％的陶瓷粉末粒子，67％～83％的去离子水，上述都为质量分数。
本发明的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，在前面技术方案的基础上，聚烯烃隔膜1的厚度范围在8μm-100μm，孔隙率范围为30％-80％，平均孔径在0.01μm-10μm。
本发明的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，在前面技术方案的基础上，细菌纤维素为木醋杆菌合成的纤维素。
本发明的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，在前面技术方案的基础上，陶瓷粉末粒子为SiO2、Al2O3、CaO、TiO2、MgO、ZnO、SnO2、ZrO2中的任意一种或者多种，优选SiO2和Al2O3；粒径范围为0.01μm～10μm，优选0.1μm～3μm。
本发明的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，在前面技术方案的基础上，陶瓷涂覆层和细菌纤维素涂覆层的厚度共为1μm-10μm，优选1μm～4μm。
以上是对本发明多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：配置水性细菌纤维素浆料和水性陶瓷浆料；
步骤2：以聚烯烃隔膜作为涂布基材，在基材表面依次涂布水性陶瓷涂层、水性细菌纤维素涂层，涂布速率为5～100m/min，经过30～100℃烘箱烘干，得到最终聚烯烃层/陶瓷层/细菌纤维素层三层复合隔膜。
2.根据权利要求1所述的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，其特征在于：所述步骤1中水性细菌纤维素浆料配制方法为：
以去离子水作为溶剂，把水溶性胶黏剂、表面活性剂、分散剂、增稠剂在常温加入去离子水中搅拌溶解，配成溶液；再加入细菌纤维素，搅拌均匀，配成水性浆料；浆料中含0.1％～2％的水溶性高分子增稠剂，0.01％～2％的水性分散剂，0.01％～1％的表面活性剂，0.1％～5％的水性胶黏剂，5％～25％的细菌纤维素，67％～83％的去离子水，上述都为质量分数。
3.根据权利要求1所述的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，其特征在于：所述步骤1中水性陶瓷浆料配制方法为：
以去离子水作为溶剂，把水溶性胶黏剂、增稠剂在常温下加入去离子水中搅拌溶解，配成溶液；然后在上述溶液中依次加入表面活性剂、水性分散剂和陶瓷粉末，搅拌均匀，配成水性浆料；浆料中含0.1％～2％的增稠剂，0.01％～2％的水性分散剂，0.01％～1％的表面活性剂，0.1％～5％的水性胶黏剂，5％～25％的陶瓷粉末粒子，67％～83％的去离子水，上述都为质量分数。
4.根据权利要求2所述的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，其特征在于：所述细菌纤维素为木醋杆菌合成的纤维素。
5.根据权利要求3所述的多层共挤涂覆制备锂电池复合隔膜的方法，其特征在于：所述陶瓷粉末粒子为SiO2、Al2O3、CaO、TiO2、MgO、ZnO、SnO2、ZrO2中的任意一种或者多种；粒径范围为0.01μm～10μm。
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