CN106058124A - 一种锂离子电池隔膜的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池隔膜的制造方法，包括以下步骤:（1）在指定溶剂中添加高分子聚合物材料，经过机械搅拌配置成聚合物质量分数为5%～30%的溶液；（2）向配置好的聚合物溶液中加入一定量的无机固体颗粒和无机纤维，通过搅拌混合为分散均匀的浆料，其中，高分子聚合物溶液和无机固定颗粒的质量比例为2：1～25：1，无机固体颗粒和无机纤维的质量比例为1:1～20:1；（3）将上述浆料涂覆在隔膜基材的单一表面或双面，制作成锂离子电池隔膜。本发明能够维持涂覆层的物理结构，显著增加隔膜的机械强度，当电池温度上升时有效抑制隔膜收缩，提高电池安全性能。

Description

一种锂离子电池隔膜的制造方法
技术领域
本发明涉及电池隔膜制造技术领域，具体涉及一种锂离子电池隔膜的制造方法。
背景技术
随着能源与环境问题日益突出，电动汽车特别是纯电动汽车的发展势在必行。作为电动汽车的动力源，二次电池的的性能优劣直接制约电动汽车的发展。锂离子电池由于体积小、能量密度高等优点，被认为是目前最具发展潜力的电动汽车动力电池。锂离子电池被用于电动汽车为人们提供绿色出行的保障，其安全性能应被作为最重要的也是最基本的衡量尺度。隔膜在锂离子电池中起到离子通道并隔开正负极的作用，制造隔膜的高分子材料多为聚乙烯、聚丙烯或其混合物，这些材料制造的隔膜在电池受热时会发生严重的热收缩，此外，锂离子电池在电动汽车运行过程中难免会受到外力撞击或挤压以及多次使用后电池内部锂枝晶的针刺，这些都有可能导致正负极接触短路甚至发生爆炸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池隔膜的制造方法，该方法能够有效抑制隔膜受热时收缩，提高电池安全性能。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种锂离子电池隔膜的制造方法，包括以下步骤：
(1)在指定溶剂中添加高分子聚合物材料，经过机械搅拌配置成聚合物质量分数为5％～30％的溶液；
(2)向配置好的聚合物溶液中加入一定量的无机固体颗粒和无机纤维，通过搅拌混合为分散均匀的浆料，其中，高分子聚合物溶液和无机固定颗粒的质量比例为2：1～25：1，无机固体颗粒和无机纤维的质量比例为1:1～20:1；
(3)将上述浆料涂覆在隔膜基材的单一表面或双面，制作成锂离子电池隔膜。
所述指定溶剂为丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己烷、水中的一种或两种以上混合物。
所述高分子聚合物的材料为海藻酸钠、环氧树脂、聚偏氟乙烯、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素、醋酸淀粉中的一种或两种以上混合物。
所述无机固体颗粒为BeO、AlN、CaTiO3、MgTiO3、CaZrO3、PbZrO3、Mg2SiO4、Si3N4、Ba1- xSrxTiO3(0＜x＜1)、Ba(ZrxTi1-x)O3(0＜x＜1)、(1-x)Ba(Fe0.5Nb0.5)O3/xNi(0＜x＜1)中的一种或两种以上混合物。
所述无机固体颗粒的表面积为5～50m2/g，其平均粒径为0.01～5μm。
所述的无机纤维为玻璃纤维、陶瓷纤维中的一种或两者混合物。
所述陶瓷纤维所用的材料包括BaTiO3、AlN、CaTiO3、MgTiO3、CaZrO3、PbZrO3、PbTiO3、ZrO2、TiN、Al2O3、BaO、ZnO、Cr2O3、TiO2、CaO、MgO、SiC中的一种或两种以上的混合。
所述无机纤维的平均直径为0.01～2μm。
所述隔膜基材为聚乙烯膜、聚丙烯膜或二者复合形成的两层以上隔膜。
所述浆料涂覆在隔膜基材上烘干后的厚度为1～5μm。
由上述技术方案可知，本发明所述的一种锂离子电池隔膜的制造方法，涂覆于隔膜基材表面的无机纤维可形成网状结构，能够维持涂覆层的物理结构，显著增加隔膜的机械强度；无机固体颗粒以及无机纤维具有非常好的耐高温性能，当电池温度上升时有效抑制隔膜收缩，提高电池安全性能。
具体实施方式
实施例1
(1)在丙酮中添加聚丙烯酰胺，室温下机械搅拌5h，配置质量分数为10％的聚丙烯酰胺丙酮溶液。
(2)向配置好的聚丙烯酰胺丙酮溶液中添加BeO颗粒和MgO陶瓷纤维，在60℃下搅拌分散10h制得浆料，其中BeO颗粒的平均粒径为1μm，比表面积为10m2/g，MgO陶瓷纤维的平均直径为0.5μm，聚丙烯酰胺丙酮溶液与BeO颗粒的质量比为4:1，BeO颗粒与MgO陶瓷纤维的质量比为5：1。
(3)将上述浆料涂覆在16μm聚丙烯隔膜基材正反两个表面上，单面涂层烘干后厚度为2μm，涂层正反两面各2μm涂层，则涂覆完隔膜总厚度为20μm。
实施例2
(1)在N-甲基-2-吡咯烷酮中添加海藻酸钠，室温下机械搅拌3h，配置质量分数为5％的海藻酸钠吡咯烷酮溶液。
(2)向配置好的海藻酸钠吡咯烷酮溶液中添加CaTiO3颗粒和TiO2陶瓷纤维，在50℃下搅拌分散11h制得浆料，其中CaTiO3颗粒的平均粒径为0.01μm，比表面积为5m2/g，TiO2陶瓷纤维的平均直径为0.01μm，海藻酸钠吡咯烷酮溶液与CaTiO3颗粒的质量比为2:1，CaTiO3颗粒与TiO2陶瓷纤维的质量比为1：1。
(3)将上述浆料涂覆在18μm聚乙烯膜基材正反两个表面上，单面涂层烘干后厚度为1μm，涂层正反两面各1μm涂层，则涂覆完隔膜总厚度为20μm。
实施例3
(1)在环己烷中添加聚偏氟乙烯，室温下机械搅拌7h，配置质量分数为30％的聚偏氟乙烯环己烷溶液。
(2)向配置好的聚偏氟乙烯环己烷中添加Si3N4颗粒和CaO陶瓷纤维，在70℃下搅拌分散9h制得浆料，其中Si3N4颗粒的平均粒径为5μm，比表面积为50m2/g，CaO陶瓷纤维的平均直径为2μm，聚偏氟乙烯环己烷与CaO颗粒的质量比为25:1，Si3N4颗粒与CaO陶瓷纤维的质量比为20：1。
(3)将上述浆料涂覆在10μm聚丙烯隔膜基材正反两个表面上，单面涂层烘干后厚度为5μm，涂层正反两面各5μm涂层，则涂覆完隔膜总厚度为20μm。
对比例1
(1)配置质量分数为10％的聚丙烯酰胺丙酮溶液，室温下机械搅拌5h制备聚丙烯酰胺溶液；
(2)添加质量为上述聚丙烯酰胺溶液25％的BeO颗粒，在60℃下搅拌分散10h制得浆料，其中BeO颗粒的平均粒径为1μm；
(3)将上述浆料涂覆在16μm聚丙烯隔膜基材正反两个表面上，单面涂层烘干后厚度为2μm，涂覆完隔膜总厚度为20μm，涂层正反两面各2μm涂层。
对比例2
与实施例1不同的是该对比例直接选用未经涂覆的20μm普通聚丙烯隔膜。
性能评价
1、将实施例1中的涂覆BeO颗粒和MgO陶瓷纤维混合物的隔膜与对比例1中只涂覆BeO颗粒的隔膜以及对比例2中的普通隔膜进行拉伸强度测试，测试结果见表一。
2、将实施例1中的涂覆BeO颗粒和MgO陶瓷纤维混合物的隔膜与对比例1中只涂覆BeO颗粒的隔膜以及对比例2中的普通隔膜剪切成相等长度与宽度，于120℃烘箱中放置0.5h，到达时间后冷却至室温测试隔膜热收缩率，测试结果见表二。
表一 三种隔膜拉伸强度对比
横向拉伸强度/MPa 纵向拉伸强度/MPa
实施例1 185.1 214.9
对比例1 136.7 152.7
对比例2 103.2 118.6
表二 三种隔膜热收缩率对比
横向热收缩率/％ 纵向热收缩率/％
实施例1 0.3 1.5
对比例1 0.6 2.6
对比例2 9.3 14.1
由表一可知，本发明实施例1中涂覆BeO颗粒和MgO陶瓷纤维混合物的涂层隔膜与对比例1中只涂覆BeO颗粒的隔膜以及对比例2中的未涂覆的普通隔膜相比，横向拉伸强度和纵向拉伸强度有显著提升，并且对比例1的隔膜比对比例2的隔膜有更好的拉伸强度。
由表二可知，本发明实施例1中涂覆BeO颗粒和MgO陶瓷纤维混合物的涂层隔膜的横向热收缩率和纵向热收缩率均明显低于对比例1中只涂覆BeO颗粒的隔膜以及对比例2中的未涂覆的普通隔膜，有很好的耐高温性能。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，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变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在指定溶剂中添加高分子聚合物材料，经过机械搅拌配置成聚合物质量分数为5%～30%的溶液；
（2）向配置好的聚合物溶液中加入一定量的无机固体颗粒和无机纤维，通过搅拌混合为分散均匀的浆料，其中，高分子聚合物溶液和无机固定颗粒的质量比例为2：1～25：1，无机固体颗粒和无机纤维的质量比例为1:1～20:1；
（3）将上述浆料涂覆在隔膜基材的单一表面或双面，制作成锂离子电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于：所述指定溶剂为丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己烷、水中的一种或两种以上混合物。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于：所述高分子聚合物的材料为海藻酸钠、环氧树脂、聚偏氟乙烯、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素、醋酸淀粉中的一种或两种以上混合物。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于：所述无机固体颗粒为BeO、AlN、CaTiO3、MgTiO3、CaZrO3、PbZrO3、Mg2SiO4、Si3N4、Ba1-xSrxTiO3(0＜x＜1)、Ba(ZrxTi1-x)O3(0＜x＜1)、(1-x)Ba(Fe0.5Nb0.5)O3/xNi(0＜x＜1)中的一种或两种以上混合物。
5.根据权利要求1或4所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于：所述无机固体颗粒的表面积为5～50 m2/g，其平均粒径为0.01～5μm。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于：所述的无机纤维为玻璃纤维、陶瓷纤维中的一种或两者混合物。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于：所述陶瓷纤维所用的材料包括BaTiO3、AlN、CaTiO3、MgTiO3、CaZrO3、PbZrO3、PbTiO3、ZrO2、TiN、Al2O3、BaO、ZnO、Cr2O3、TiO2、CaO、MgO、SiC中的一种或两种以上的混合。
8.根据权利要求1或6所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于：所述无机纤维的平均直径为0.01～2μm。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于：所述隔膜基材为聚乙烯膜、聚丙烯膜或二者复合形成的两层以上隔膜。
10.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于：所述浆料涂覆在隔膜基材上烘干后的厚度为1～5μm。
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