CN105428573B - 一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法 - Google Patents

一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法。本发明属于锂离子电池复合隔膜技术领域。一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，包括以下工艺步骤：(1)酸洗：酸洗具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，去除可溶性杂质并解束；(2)球磨：酸洗后的海泡石矿物材料分散在水溶液中，经过研磨球球磨制成均匀的混合浆料；(3)分散：加入水溶性的有机乳液作为粘结剂，进行均匀分散；(4)制膜：浆料通过流延机，经过加热烘出水分，形成薄膜；薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯的精轧辊滚压、分切、收卷制得有机/无机纤维复合隔膜。本发明具有工艺稳定，操作方便，安全可靠，隔膜孔隙度较大，厚度较薄，既耐高温，又柔软，可以广泛应用于各种锂离子电池制造等优点。

Description

一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池复合隔膜技术领域，特别是涉及一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法。
背景技术
目前，随着电动汽车等新能源产业的迅速发展，具有重量轻，比能量大的锂离子电池获得了极广泛的应用。特别是在电动车辆用动力电池、储能电池、工具电池等领域，锂离子电池成了唯一的候选动力源。但是，由于锂离子电池具有较差的安全性能，容易在过充、过放、短路、针刺等条件下起火爆炸，应用一直受到公众的质疑。
现有的改善锂离子电池安全性的主要技术手段有：隔膜实现高温闭孔机制、添加电解液阻燃添加剂、正负极材料改性和包覆、有机隔膜用陶瓷涂层防止正负极短路。另外，采用陶瓷纤维隔膜隔离正负极，也是一种提高安全性的有效的方法。但是目前没有合适的材料，特别是只用全陶瓷材料制成的纤维，柔软度不够，不适合锂离子电池卷绕等工艺的使用，只能采用叠片工艺。而且，存在工艺复杂，安全性差等技术问题。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法。
本发明的目的是提供一种具有工艺稳定，操作方便，安全可靠，隔膜孔隙度较大，厚度较薄，既耐高温，又柔软，可以广泛应用于各种锂离子电池制造等特点的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法。
本发明的技术原理：
天然纤维结构的海泡石矿物材料在酸洗过程中，酸可以把天然海泡石纤维中的硅酸盐等矿物溶解去除掉，并促进海泡石纤维解束。解束后的海泡石纤维分散性显著增强。经过与有机乳液体系混合后，流延成薄膜。有机乳液作为粘结剂，使隔膜的微观结构呈现出纤维交错分布形貌。再经过进一步的精轧，使孔的形态、隔膜的厚度尺寸得到固定。本技术采用具有天然纤维结构的海泡石矿物，使流延后的薄膜具有纤维编织结构，有利于锂离子电池中锂离子的输运。
本发明有机/无机纤维复合隔膜的制备方法所采取的技术方案是：
一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是：有机/无机纤维复合隔膜的制备过程包括以下工艺步骤：
(1)酸洗
酸洗具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，去除可溶性杂质并解束；
(2)球磨
酸洗后的海泡石矿物材料分散在水溶液中，经过研磨球球磨制成均匀的混合浆料；
(3)分散
加入水溶性的有机乳液作为粘结剂，进行均匀分散；。
(4)制膜
浆料通过流延机，经过加热烘出水分，形成薄膜；薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯的精轧辊滚压、分切、收卷制得有机/无机纤维复合隔膜。精轧辊表面必须涂有聚四氟乙烯(特氟龙)，主要是防止水性物料粘辊。
本发明有机/无机纤维复合隔膜的制备方法还可以采用如下技术方案：
所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是：球磨时，研磨球球径小于0.5mm，球磨时间1-10h，球料比为1-10:1。
所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是：加入水溶性有机乳液后均匀分散时间为0.5-2h。
所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是：酸洗时，采用硫酸、盐酸、硝酸或者其混合物，浓度为0.1-5mol/L，海泡石矿物材料与酸洗溶液的质量比为1：10-1000。
所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是：酸洗后的海泡石矿物材料按矿物材料与水1：10-1000的重量比例分散在水溶液。
所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是：水溶性有机乳液为聚四氟乙烯乳液或聚乙烯乳液中的一种或两种。
所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是：水溶性有机乳液中的有机物与矿物材料的质量比为1：20-100。
所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是：制膜时，流延薄膜厚度为0.1-1mm，烘干温度为102-115℃，精轧辊滚压厚度为0.1-0.01mm。
本发明具有的优点和积极效果是：
有机/无机纤维复合隔膜的制备方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明采用具有纳米纤维机构的天然海泡石材料，经过有机/无机材料的复合，制成一种具有多孔编制结构的隔膜。有机/无机纤维复合隔膜具有以下明显优点：
这种隔膜具有较大的孔隙度，可以制成较薄的厚度，由无机陶瓷纤维和有机粘合剂组成，既具有较高的耐高温性能，又具有良好的柔软度。隔膜内部含有大量无机陶瓷纤维，具有较高的抗高温能力，可以把抗温能力由传统隔膜的150℃左右提高到600℃以上，大大改善了锂离子电池的高温性能；本发明制造的隔膜具有75％以上的孔隙率，可以增加电解液的吸液量，改善电池的循环和倍率性能；本发明制造的隔膜材料柔软，可以用于叠片电池、圆柱卷绕电池等领域。利用本发明技术制造的锂离子电池安全性大幅度提高，可以广泛应用于电动车辆用的动力电池系统。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下：
实施例1
一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，包括以下工艺步骤：
1.酸洗：
将100g具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，经过1000g硫酸(硫酸浓度为5mol/L)溶液浸泡3小时，去除可溶性杂质。然后过滤、清洗并烘干，得到解束后的海泡石纤维。
2.球磨：
将其分散在1000g的水中，经过0.3mm氧化锆球的球磨1小时，制成均匀的混合浆料。其中，氧化锆球球的质量为1000g。
3.分散：
在其中加入8.33g的聚四氟乙烯乳液(60％质量浓度，此时纯聚四氟乙烯质量为5g)作为粘结剂，继续均匀分散1小时。
4.制膜：
将浆料通过流延机，流延成厚度为1mm的薄膜。干燥后的薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯(特氟龙)的精轧辊滚压，压到0.1mm厚度，经过分切、收卷制成本发明提出的有机/无机纤维复合隔膜。
实施例2
一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，包括以下工艺步骤：
1.酸洗：
将1000Kg具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，经过100吨盐酸(盐酸浓度为0.1mol/L)溶液浸泡10小时，去除可溶性杂质。然后过滤、清洗并烘干，得到解束后的海泡石纤维。
2.球磨：
将其分散在100吨的水中，经过0.4mm氧化锆球的球磨10小时，制成均匀的混合浆料。其中，氧化锆球球的质量为10吨。
3.分散：
在其中加入33Kg的聚乙烯乳液(30％质量浓度，此时纯聚乙烯质量为10Kg)作为粘结剂，继续均匀分散1小时。
4.制膜：
将浆料通过流延机，流延成厚度为0.1mm的薄膜。干燥后的薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯(特氟龙)的精轧辊滚压，压到0.01mm厚度，经过分切、收卷制成本发明提出的有机/无机纤维复合隔膜。
实施例3
一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，包括以下工艺步骤：
1.酸洗：
将10g具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，经过500g硝酸(硝酸浓度为2mol/L)溶液浸泡2小时，去除可溶性杂质。然后过滤、清洗并烘干，得到解束后的海泡石纤维。
2.球磨：
将其分散在500g的水中，经过0.2mm氧化锆球的球磨1小时，制成均匀的混合浆料。其中，氧化锆球球的质量为50g。
3.分散：
在其中加入的0.333g聚四氟乙烯乳液(60％质量浓度，此时纯聚四氟乙烯质量为0.2g)作为粘结剂，继续均匀分散1小时。
4.制膜：
将浆料通过流延机，流延成厚度为0.5mm的薄膜。干燥后的薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯(特氟龙)的精轧辊滚压，压到0.05mm厚度，经过分切、收卷制成本发明提出的有机/无机纤维复合隔膜。
本实施例具有所述的工艺稳定，操作方便，安全可靠，隔膜孔隙度较大，厚度较薄，既耐高温，又柔软，可以广泛应用于各种锂离子电池制造等积极效果。

Claims (5)

1.一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是：有机/无机纤维复合隔膜的制备过程包括以下工艺步骤：
(1)酸洗
酸洗具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，去除可溶性杂质并解束；酸洗时，采用硫酸、盐酸、硝酸或者其混合物，浓度为0.1-5mol/L，海泡石矿物材料与酸洗溶液的质量比为1：10-1000；
(2)球磨
酸洗后的海泡石矿物材料分散在水溶液中，经过研磨球球磨制成均匀的混合浆料；球磨时，研磨球球径小于0.5mm，球磨时间1-10h，球料比为1-10:1；
(3)分散
加入水溶性的有机乳液作为粘结剂，进行均匀分散，均匀分散时间为0.5-2h；
(4)制膜
浆料通过流延机，经过加热烘出水分，形成薄膜；薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯的精轧辊滚压、分切、收卷制得有机/无机纤维复合隔膜。
2.根据权利要求1所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是：酸洗后的海泡石矿物材料按矿物材料与水1：10-1000的重量比例分散在水溶液。
3.根据权利要求1所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是：水溶性有机乳液为聚四氟乙烯乳液或聚乙烯乳液中的一种或两种。
4.根据权利要求3所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是：水溶性有机乳液中的有机物与矿物材料的质量比为1：20-100。
5.根据权利要求1所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是：制膜时，流延薄膜厚度为0.1-1mm，烘干温度为102-115℃，精轧辊滚压厚度为0.1-0.01mm。
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