CN107118599B - 一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107118599B
CN107118599B CN201710348541.7A CN201710348541A CN107118599B CN 107118599 B CN107118599 B CN 107118599B CN 201710348541 A CN201710348541 A CN 201710348541A CN 107118599 B CN107118599 B CN 107118599B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aramid fiber
basement membrane
diaphragm
fire resistant
resistant water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710348541.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107118599A (zh
Inventor
徐锋
袁海朝
邓云飞
马文献
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei Gellec New Energy Material Science and Technoloy Co Ltd
Original Assignee
Hebei Gellec New Energy Material Science and Technoloy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei Gellec New Energy Material Science and Technoloy Co Ltd filed Critical Hebei Gellec New Energy Material Science and Technoloy Co Ltd
Priority to CN201710348541.7A priority Critical patent/CN107118599B/zh
Publication of CN107118599A publication Critical patent/CN107118599A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107118599B publication Critical patent/CN107118599B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D4/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on organic non-macromolecular compounds having at least one polymerisable carbon-to-carbon unsaturated bond ; Coating compositions, based on monomers of macromolecular compounds of groups C09D183/00 - C09D183/16
    • C09D4/06—Organic non-macromolecular compounds having at least one polymerisable carbon-to-carbon unsaturated bond in combination with a macromolecular compound other than an unsaturated polymer of groups C09D159/00 - C09D187/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/18—Fireproof paints including high temperature resistant paints
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，属于电池隔膜的技术领域，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括纳米芳纶粉末5‑25％，丙烯酸胶黏剂3‑10％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂1‑5％，琼胶素0.02‑0.05％，邻苯二甲酸二酯0.03‑0.1％，三羟甲基丙烷三丙酸酯0.03‑0.1％，余量为去离子水。本申请还提供了该耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备方法。耐高温水性芳纶涂布电池隔膜既具备陶瓷涂覆隔膜对电池带来的较高的安全性，同时又能够耐高温，减小高温条件下隔膜的收缩率，增加电池的整体寿命，本发明中的制备方法为耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜制备提供了较为成熟高效的工艺。

Description

一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明属于电池隔膜的技术领域，涉及锂离子电池的电池隔膜，具体涉及一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜及其制备方法。
背景技术
电池隔膜在锂电池中的基本作用为隔开正负极，并且吸附电解液允许锂离子通过。3C产品包括计算机(Computer)、通信(Communication)和消费类电子产品(ConsumerElectronics)，是锂电池应用的主要领域，对于3C产品的锂电池，仅使用PP隔膜和PE隔膜，其性能就能得到较好的满足。但是随着电动汽车的不断发展，锂电池的性能必须进一步提升才能满足电动汽车的要求，比如在安全性、充放电性能、循环性能及倍率性等方面，电动汽车用锂电池就比3C产品用锂电池有更加严格的要求。目前在提高锂电池隔膜性能方面的发展研究以改善隔膜表面性质和调整隔膜基体材料为主。在改善隔膜表面性质方面主要的研究方向是隔膜涂布处理就是在隔膜表面涂覆一层陶瓷材料，就目前情况来看陶瓷涂布隔膜是提高锂电池安全性的最有效方式，隔膜涂布陶瓷后可有效地提高隔膜的耐热收缩性、安全性、热稳定性以及改善隔膜的机械强度，从而延长隔膜的使用寿命。
就目前来说陶瓷涂布隔膜的耐高温性以及耐热收缩率及强度在一定温度条件下不能够满足要求，如何选择个制备一种隔膜的方式进而使锂电池隔膜耐热稳定性和耐热收缩率得到较大的提高，提升市场竞争力是目前丞待解决的问题。
发明内容
本发明为解决现有技术中涂布隔膜的耐高温性以及耐热收缩率及强度在一定温度条件下不能够满足要求的问题，提供了一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜及其制备方法，该电池隔膜的耐高温性和耐高温收缩率性能较好，安全性大大提高，适用于电动汽车用锂电池中，涉及的制备方法省时省力，生产效率较高，产品的质量高且稳定性较好。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括纳米芳纶粉末5-25％，丙烯酸胶黏剂3-10％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂1-5％，琼胶素0.02-0.05％，邻苯二甲酸二酯0.03-0.1％，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯0.03-0.1％，余量为去离子水。
所述的基膜为PP隔膜、PE隔膜、无纺布或者纤维。
所述的氟碳表面活性剂选自烷基醚乳糖、全氟烷基醚醇胺盐、全氟烷基醚季铵盐、全氟烷基醚羧酸钾中的一种或两种以上组合，纤维素醚类分散剂选自纤维素烷基醚、纤维素羟烷基醚中的一种或两种以上组合。
所述的耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备方法，该制备方法借助涂覆装置来实施，涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴、涂胶辊、加热烘干机构和收卷轴，基膜放卷轴上缠绕有基膜，基膜一端伸出基膜放卷轴并卷绕在收卷轴上，涂胶辊表面设置有涂覆浆料，利用上述结构的涂覆装置来进行耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备，包括以下步骤：
A、基膜放卷：通过基膜放卷轴释放基膜，基膜向收卷轴方向移动，基膜放卷轴对基膜的放卷张力为5-40N；
B、基膜涂布：通过涂胶辊在基膜的一侧或两侧进行涂胶，形成涂布隔膜；
C、烘烤定型：将上述B得到的涂布隔膜进入加热烘干机构，输送经过加热烘干机构的时间为0.5min-2min，涂布隔膜在加热干燥机构中的张力保持在5-20N，隔膜干燥定型，得到耐高温水性芳纶涂布隔膜成品；
D、成品收卷：通过收卷轴对耐高温水性芳纶涂布隔膜成品进行收卷，收卷的张力为1-15N。
所述的步骤C中，加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱，三个烘箱布置为竖向的拐角形状，耐高温水性芳纶涂布隔膜依次经过三个烘箱进行干燥定型，三个烘箱的温度依次设定为50-60℃、60-70℃以及50-60℃，三个烘箱中均设置有进风风机和排风风机，三个烘箱中的进、排风频率设定为12-25HZ。在第二烘箱的出口和第三烘箱的入口之间依次设置有转向辊、张紧辊、转向辊。
所述的步骤A中，基膜放卷轴和涂胶辊之间依次设置有张力检测辊、张紧辊、转向辊。
在涂胶辊和烘干机构之间设置有匀化辊。
所述的步骤D中，所述的加热烘干机构和收卷轴之间还增设有展平辊，展平辊将加热后的芳纶涂布隔膜成品进行展平，经过展平后的耐高温水性芳纶涂布隔膜成品通过收卷轴进行收卷。
本发明的有益效果是：
耐高温水性芳纶涂布电池隔膜既具备陶瓷涂覆隔膜对电池带来的较高的安全性，同时又能够耐高温，减小高温条件下隔膜的收缩率，增加电池的整体寿命，本发明中的制备方法为耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜制备提供了较为成熟高效的工艺，其中的涂覆装置结构简单、成本较低，操作时自动化程度较高，隔膜的生产效率明显提高，能够为电池加工稳定持续地提供隔膜原材料，最后加工得到的芳纶涂布隔膜成品的品质较高且性能较为稳定，尤其是应用在电动汽车所用锂离子电池中，在电动汽车工作过程中，隔膜能够耐受较高温度，隔膜收缩率较之现有陶瓷涂覆隔膜有显著降低，使得电池整体寿命显著延长，安全性大大提高，电动车的使用便利性、安全性和稳定性也随之提高。
本发明涂覆浆料配方的改变相较于现有的涂覆浆料综合性能较好，且可针对性的对涂层膜耐热性、强度、韧性、透气、水含量、稳定性能等做改善；本发明涂覆浆料配方比例的控制，使得涂覆后形成的涂覆隔膜性能更好，其中丙烯酸胶黏剂的作用除了是提高涂覆浆料与基膜的粘结性，通过比例的控制减小对隔膜透气性的不良影响；氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂的作用不仅是为了将各原料均匀的进行分散，提高涂层的均匀分散性和厚度均匀性，同时其比例的控制，还可以提高产品的稳定性。本发明涂覆浆料通过各原料功能上的相互支撑，及比例间的相互制约和搭配，对隔膜产品的耐热性能及强度有较大影响，对电池的安全性能如耐热性能及耐锂枝晶穿透能力有很大的改善。
相比油性芳纶涂布，水性芳纶涂布浆料无需添加无机颗粒造孔剂、涂布过程无需浸水处理，涂布液配置过程为悬浊乳液，不需提前配置溶解液，配液过程也不需加热(油性芳纶涂布液需要加热至60℃-110℃)，由于水性芳纶涂布液的浸润性和粘结性处理较好，基膜涂布前不需经过电晕处理，仍可达到较好的粘结性，且涂层均匀等优势。
现有涂布液有效成分为Al2O3、ZrO2、SiO2等，本发明有效成分为芳纶纤维，而芳纶纤维做浆料一般用NMP油性溶剂较容易，但存在污染和回收问题，制作成水性芳纶浆料是非常困难的，芳纶与水不溶，需要解决芳纶在水中的分散问题，该发明克服了上述的若干问题，配置了水性芳纶涂覆浆料。芳纶全称“聚对/间苯二甲酰对苯二胺”，是一种新型高科技合成纤维，本发明采用水性芳纶涂覆浆料具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化，生命周期长等优良性能，芳纶涂布隔膜具有耐高温性能好、能量密度高、浸润性优异、使用寿命长等优势。
附图说明
图1是本发明中涂覆装置的结构示意图。
图2是本发明方式处理芳纶的浆料体系的三维图像。
图3是现有技术处理芳纶的浆料体系的三维图像。
附图中，1、基膜放卷轴，2、涂胶辊，3、张力检测辊，4、张紧辊，5、转向辊，6、匀化辊，7、展平辊，8、收卷轴。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明所述纳米芳纶粉末的粒径为300-400目，纳米芳纶粉末的制备过程，采购对位1414芳纶纤维，经过裁切获得短切芳纶纤维，再经研磨过滤得到粒径为300-400目超细纳米芳纶粉末。芳纶最大的特点是与水不溶，在水中的分散性差，易发生团聚和絮凝，现有的常规操作是将芳纶纤维切成短切纤维，虽然短切纤维是一束束整齐排列的，但是其并不是呈单根存在，因此在制备成水性芳纶时依然会发生聚团、交织和絮凝，为解决该问题，常规操作是用疏解器进行疏解，然后再分散，其分散效果一般，分散体系匀度一般，参见图3。本发明将其应用于电池隔膜的制备，在制备成短切纤维后将其进行了研磨成粉的处理，而粉末状态的芳纶更易形成聚团和絮凝，发明人经过长期的创造性研究，通过选用氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂，严格控制两者的比例为3:1，在三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的作用下，具有协同增效的作用，使得不用疏解直接分散即可，其分散程度高，其悬浮稳定性好，参见图2。
实施例1
一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，基膜选用PP隔膜，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括纳米芳纶粉末5％，丙烯酸胶黏剂3％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂1％，琼胶素0.02％，邻苯二甲酸二酯0.03％，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯0.03％，余量为去离子水。
上述耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜由下述方法制备，采用立式双面涂布机或卧式高速涂布机，涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴1、涂胶辊2、加热烘干机构和收卷轴8，基膜放卷轴1上缠绕有基膜，基膜一端伸出基膜放卷轴1并卷绕在收卷轴8上，涂胶辊2表面设置有涂覆浆料，利用上述结构的涂覆装置来进行耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备，包括以下步骤：
A、基膜放卷：通过基膜放卷轴1释放基膜，基膜向收卷轴8方向移动，通过张力检测辊3、张紧辊4控制基膜放卷轴1对基膜的放卷张力为5-8N，本次制备采用立式结构，因此通过转向辊5对基膜进行转向；
B、基膜涂布：基膜经过转向后进入涂胶操作，通过涂胶辊2在基膜的一侧或两侧进行涂胶，形成涂布隔膜，将涂布隔膜经过匀化辊进行匀化处理，使得涂层更加均匀；涂布时采用网纹辊涂布方式、浸泡刮液式涂布方式或喷涂的方式，采用浸泡刮液式涂布方式时将涂胶辊更换成刮液辊，采用喷涂的方式时将涂胶辊更换成喷枪头。
C、烘烤定型：将上述B得到的涂布隔膜进入加热烘干机构，加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱，三个烘箱布置为竖向的拐角形状，耐高温水性芳纶涂布隔膜依次经过三个烘箱进行干燥定型，三个烘箱的温度依次设定为50-60℃、60-70℃以及50-60℃，三个烘箱中均设置有进风风机和排风风机，三个烘箱中的进、排风频率设定为12-25HZ，输送经过加热烘干机构的时间为0.5min，涂布隔膜在加热烘干机构中的张力保持在5-8N，隔膜干燥定型，得到耐高温水性芳纶涂布隔膜成品；
D、成品收卷：通过展平辊将加热后的芳纶涂布隔膜成品进行展平，然后通过收卷轴8对经过展平处理的耐高温水性芳纶涂布隔膜成品进行收卷，收卷的张力为1-3N。
实施例2
一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，基膜选用纤维隔膜，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括纳米芳纶粉末20％，丙烯酸胶黏剂7％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂4％，琼胶素0.02％，邻苯二甲酸二酯0.07％，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯0.08％，余量为去离子水。
上述耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜由下述方法制备，采用立式双面涂布机或卧式高速涂布机，涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴1、涂胶辊2、加热烘干机构和收卷轴8，基膜放卷轴1上缠绕有基膜，基膜一端伸出基膜放卷轴1并卷绕在收卷轴8上，涂胶辊2表面设置有涂覆浆料，利用上述结构的涂覆装置来进行耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备，包括以下步骤：
A、基膜放卷：通过基膜放卷轴1释放基膜，基膜向收卷轴8方向移动，通过张力检测辊3、张紧辊4控制基膜放卷轴1对基膜的放卷张力为8-12N，本次制备采用立式结构，因此通过转向辊5对基膜进行转向；
B、基膜涂布：基膜经过转向后进入涂胶操作，通过涂胶辊2在基膜的一侧或两侧进行涂胶，形成涂布隔膜，将涂布隔膜经过匀化辊进行匀化处理，使得涂层更加均匀；
C、烘烤定型：将上述B得到的涂布隔膜进入加热烘干机构，加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱，三个烘箱布置为竖向的拐角形状，耐高温水性芳纶涂布隔膜依次经过三个烘箱进行干燥定型，三个烘箱的温度依次设定为50-60℃、60-70℃以及50-60℃，三个烘箱中均设置有进风风机和排风风机，三个烘箱中的进、排风频率设定为12-25HZ，输送经过加热烘干机构的时间为0.8min，涂布隔膜在加热烘干机构中的张力保持在16-20N，隔膜干燥定型，得到耐高温水性芳纶涂布隔膜成品；
D、成品收卷：通过展平辊将加热后的芳纶涂布隔膜成品进行展平，然后通过收卷轴8对经过展平处理的耐高温水性芳纶涂布隔膜成品进行收卷，收卷的张力为13-15N。
实施例3
一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，基膜选用无纺布隔膜，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括纳米芳纶粉末10％，丙烯酸胶黏剂9％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂2％，琼胶素0.03％，邻苯二甲酸二酯0.1％，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯0.1％，余量为去离子水。
上述耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜由下述方法制备，采用立式双面涂布机或卧式高速涂布机，涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴1、涂胶辊2、加热烘干机构和收卷轴8，基膜放卷轴1上缠绕有基膜，基膜一端伸出基膜放卷轴1并卷绕在收卷轴8上，涂胶辊2表面设置有涂覆浆料，利用上述结构的涂覆装置来进行耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备，包括以下步骤：
A、基膜放卷：通过基膜放卷轴1释放基膜，基膜向收卷轴8方向移动，通过张力检测辊3、张紧辊4控制基膜放卷轴1对基膜的放卷张力为10-20N，本次制备采用立式结构，因此通过转向辊5对基膜进行转向；
B、基膜涂布：基膜经过转向后进入涂胶操作，通过涂胶辊2在基膜的一侧或两侧进行涂胶，形成涂布隔膜，将涂布隔膜经过匀化辊进行匀化处理，使得涂层更加均匀；
C、烘烤定型：将上述B得到的涂布隔膜进入加热烘干机构，加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱，三个烘箱布置为竖向的拐角形状，耐高温水性芳纶涂布隔膜依次经过三个烘箱进行干燥定型，三个烘箱的温度依次设定为50-60℃、60-70℃以及50-60℃，三个烘箱中均设置有进风风机和排风风机，三个烘箱中的进、排风频率设定为12-25HZ，输送经过加热烘干机构的时间为1.0min，涂布隔膜在加热烘干机构中的张力保持在10-15N，隔膜干燥定型，得到耐高温水性芳纶涂布隔膜成品；
D、成品收卷：通过展平辊将加热后的芳纶涂布隔膜成品进行展平，然后通过收卷轴8对经过展平处理的耐高温水性芳纶涂布隔膜成品进行收卷，收卷的张力为8-15N。
实施例4
一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，基膜选用PP隔膜，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括纳米芳纶粉末15％，丙烯酸胶黏剂5％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂3％，琼胶素0.04％，邻苯二甲酸二酯0.08％，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯0.05％，余量为去离子水。
上述耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜由下述方法制备，采用立式双面涂布机或卧式高速涂布机，涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴1、涂胶辊2、加热烘干机构和收卷轴8，基膜放卷轴1上缠绕有基膜，基膜一端伸出基膜放卷轴1并卷绕在收卷轴8上，涂胶辊2表面设置有涂覆浆料，利用上述结构的涂覆装置来进行耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备，包括以下步骤：
A、基膜放卷：通过基膜放卷轴1释放基膜，基膜向收卷轴8方向移动，通过张力检测辊3、张紧辊4控制基膜放卷轴1对基膜的放卷张力为25-35N，本次制备采用立式结构，因此通过转向辊5对基膜进行转向；
B、基膜涂布：基膜经过转向后进入涂胶操作，通过涂胶辊2在基膜的一侧或两侧进行涂胶，形成涂布隔膜，将涂布隔膜经过匀化辊进行匀化处理，使得涂层更加均匀；
C、烘烤定型：将上述B得到的涂布隔膜进入加热烘干机构，加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱，三个烘箱布置为竖向的拐角形状，耐高温水性芳纶涂布隔膜依次经过三个烘箱进行干燥定型，三个烘箱的温度依次设定为50-60℃、60-70℃以及50-60℃，三个烘箱中均设置有进风风机和排风风机，三个烘箱中的进、排风频率设定为12-25HZ，输送经过加热烘干机构的时间为1.5min，涂布隔膜在加热烘干机构中的张力保持在13-18N，隔膜干燥定型，得到耐高温水性芳纶涂布隔膜成品；
D、成品收卷：通过展平辊将加热后的芳纶涂布隔膜成品进行展平，然后通过收卷轴8对经过展平处理的耐高温水性芳纶涂布隔膜成品进行收卷，收卷的张力为3-7N。
实施例5
一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，基膜选用PE隔膜，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括纳米芳纶粉末25％，丙烯酸胶黏剂10％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂5％，琼胶素0.05％，邻苯二甲酸二酯0.06％，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯0.06％，余量为去离子水。
上述耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜由下述方法制备，采用立式双面涂布机或卧式高速涂布机，涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴1、涂胶辊2、加热烘干机构和收卷轴8，基膜放卷轴1上缠绕有基膜，基膜一端伸出基膜放卷轴1并卷绕在收卷轴8上，涂胶辊2表面设置有涂覆浆料，利用上述结构的涂覆装置来进行耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备，包括以下步骤：
A、基膜放卷：通过基膜放卷轴1释放基膜，基膜向收卷轴8方向移动，通过张力检测辊3、张紧辊4控制基膜放卷轴1对基膜的放卷张力为30-40N，本次制备采用立式结构，因此通过转向辊5对基膜进行转向；
B、基膜涂布：基膜经过转向后进入涂胶操作，通过涂胶辊2在基膜的一侧或两侧进行涂胶，形成涂布隔膜，将涂布隔膜经过匀化辊进行匀化处理，使得涂层更加均匀；
C、烘烤定型：将上述B得到的涂布隔膜进入加热烘干机构，加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱，三个烘箱布置为竖向的拐角形状，耐高温水性芳纶涂布隔膜依次经过三个烘箱进行干燥定型，三个烘箱的温度依次设定为50-60℃、60-70℃以及50-60℃，三个烘箱中均设置有进风风机和排风风机，三个烘箱中的进、排风频率设定为12-25HZ，输送经过加热烘干机构的时间为2min，涂布隔膜在加热烘干机构中的张力保持在6-9N，隔膜干燥定型，得到耐高温水性芳纶涂布隔膜成品；
D、成品收卷：通过展平辊将加热后的芳纶涂布隔膜成品进行展平，然后通过收卷轴8对经过展平处理的耐高温水性芳纶涂布隔膜成品进行收卷，收卷的张力为5-10N。
本发明中提供了一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，该隔膜兼具使用安全性和耐高温性能，其中的涂覆浆料既能够发挥陶瓷涂覆层的安全性功能，也能够起到粘附作用，应用于电动车领域的电池中，能够提高电池的安全性和寿命，本发明提供的制备方法为生产耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜提供了较为成熟稳定的生产工艺，该生产工艺中针对高温芳纶涂布锂离子的机构进行各个工序的布置，工序之间的间隔时间能够使得最终产品品质较高且稳定，普通涂层隔膜在200℃下严重变形，而本发明中的耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜在200℃下仍可保持完好的形态，耐热性能更好，本发明中耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜在200℃条件下保持1h后的收缩率为MD<1.5，TD<1.0，热性能明显优于普通涂布隔膜；厚度为22um左右的普通双面涂层隔膜透气值一般小于380s/100ml，其透气值很难实现小于220s/100ml，如何克服该技术难题是本领域目前尚未解决的技术难题，而造成隔膜的透气值无法降低的原因，经长期的研究发现涂覆浆料配方的不合理是造成透气值无法降低的主要原因，本发明经过长期的研究通过设计涂覆浆料的配方和配方比例，成功解决了上述难题，使得本发明中耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜透气值小于220s/100ml，该数值的意义为一定面积的隔膜在一定压力下通过一定量气体需要的时间，透气值越大说明隔膜内阻越大，透气值小些内阻小，充放电速度更快，明显优于普通涂层隔膜；并且，耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜吸液率和吸液速度较普通涂层隔膜有明显改善，单位体积内吸收电解液的量较高，电池的离子电导率也较高，电池的充放电性能更好，将极大的推动的电池领域的发展。
二、性能测试
注：对比1隔膜涂覆浆料为，Al2O3陶瓷浆料、PVDF浆料、ZrO2陶瓷浆料或SiO2浆料占涂覆浆料总质量的百分比为20％-40％，胶黏剂为3％-6％，分散剂为0.2％-0.5％，胶凝剂为0.2％-0.5％，增塑剂为0.05％-0.2％，抗老化剂为0.05％-0.2％，交联剂为0.05％-0.2％，其余为去离子水。
通过上述表格对比，我们发现在省略了防老剂或抗紫外剂等的条件下，发明的电池隔膜依然具有良好的耐老化性。本发明通过选用丙烯酸酯胶黏剂和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、控制其比例复配，再通过与氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂、纳米芳纶粉末的复配结合，在功能上相互支撑，在界面形成定向吸附，通过上述交联结合，对紫外线进行干扰，从而使得具有抗紫外线的效果，省略了抗老化剂或抗紫外剂的加入，节省了原料和成本，同时避免了因抗老化剂和/或抗紫外剂加入对涂膜表面缩孔的缺陷，还避免了抗老化剂迁移性带来的涂覆不均、干燥后析出雾化的问题。
三、循环性能检测
将本发明的耐高芳纶涂布锂离子电池隔膜、对比1的电池隔膜，分别与LiCoO2，金属锂组装成半电池来考察其电性能。考察结果为，电池的首次放电容量分别为138.4mAh·g-1、142.3mAh·g-1，经过50个循环后，电池容量衰减为134.6mAh·g-1、128.4mAh·g-1，容量保持率分别为97.2％、90.2％，可见用本发明的耐高芳纶涂布锂离子电池隔组装的电池性能稳定。
四、芳纶分散体系稳定性检测
将经过本发明处理方式处理芳纶后形成的浆料悬浮液与采用现有疏解、分散得到的浆料悬浮液进行放置，检测其悬浮稳定性，结果如下：

Claims (8)

1.一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，其特征在于，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括纳米芳纶粉末5-25%，丙烯酸胶黏剂3-10%，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂1-5%，琼胶素0.02-0.05%，邻苯二甲酸二酯0.03-0.1%，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯0.03-0.1%，余量为去离子水，控制氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂的比例为3:1。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，其特征在于，所述的基膜为PP隔膜、PE隔膜、无纺布或者纤维。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜，其特征在于，所述的氟碳表面活性剂选自全氟烷基醚醇胺盐、全氟烷基醚季铵盐、全氟烷基醚羧酸钾中的一种或两种以上组合，纤维素醚类分散剂选自纤维素烷基醚、纤维素羟烷基醚中的一种或两种以上组合。
4.如权利要求1所述的耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备方法，该制备方法借助涂覆装置来实施，涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴（1）、涂胶辊（2）、加热烘干机构和收卷轴（8），基膜放卷轴（1）上缠绕有基膜，基膜一端伸出基膜放卷轴（1）并卷绕在收卷轴（8）上，涂胶辊（2）表面设置有涂覆浆料，利用上述结构的涂覆装置来进行耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备，其特征在于，包括以下步骤：
A、基膜放卷：通过基膜放卷轴（1）释放基膜，基膜向收卷轴（8）方向移动，基膜放卷轴（1）对基膜的放卷张力为5-40N；
B、基膜涂布：通过涂胶辊（2）在基膜的一侧或两侧进行涂胶，形成涂布隔膜；
C、烘烤定型：将上述B得到的涂布隔膜进入加热烘干机构，输送经过加热烘干机构的时间为0.5min-2min，涂布隔膜在加热干燥机构中的张力保持在5-20N，隔膜干燥定型，得到耐高温水性芳纶涂布隔膜成品；
D、成品收卷：通过收卷轴（8）对耐高温水性芳纶涂布隔膜成品进行收卷，收卷的张力为1-15N。
5.根据权利要求4所述的耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤C中，加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱，三个烘箱布置为竖向的拐角形状，耐高温水性芳纶涂布隔膜依次经过三个烘箱进行干燥定型，三个烘箱的温度依次设定为50-60℃、60-70℃以及50-60℃，三个烘箱中均设置有进风风机和排风风机，三个烘箱中的进、排风频率设定为12-25HZ。
6.根据权利要求4所述的耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤A中，基膜放卷轴（1）和涂胶辊（2）之间依次设置有张力检测辊（3）、张紧辊（4）、转向辊（5）。
7.根据权利要求4所述的耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：在涂胶辊（2）和烘干机构之间设置有匀化辊（6）。
8.根据权利要求4所述的耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤D中，所述的加热烘干机构和收卷轴（8）之间还增设有展平辊（7），展平辊（7）将加热后的芳纶涂布隔膜成品进行展平，经过展平后的耐高温水性芳纶涂布隔膜成品通过收卷轴（8）进行收卷。
CN201710348541.7A 2017-05-17 2017-05-17 一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜及其制备方法 Active CN107118599B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710348541.7A CN107118599B (zh) 2017-05-17 2017-05-17 一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710348541.7A CN107118599B (zh) 2017-05-17 2017-05-17 一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107118599A CN107118599A (zh) 2017-09-01
CN107118599B true CN107118599B (zh) 2019-08-06

Family

ID=59727272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710348541.7A Active CN107118599B (zh) 2017-05-17 2017-05-17 一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107118599B (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109490467A (zh) * 2017-09-13 2019-03-19 河北银隆新能源有限公司 钛酸锂电池涂布过程中nmp浓度超标的预警装置及预警方法
CN109181523A (zh) * 2018-07-17 2019-01-11 河北金力新能源科技股份有限公司 水性芳纶涂覆浆料、水性芳纶/陶瓷混合涂覆液、及其制备方法和用途
CN109321042A (zh) * 2018-08-08 2019-02-12 泰州衡川新能源材料科技有限公司 锂电池隔膜涂覆用芳纶组合物及其制备方法
CN109174589A (zh) * 2018-09-19 2019-01-11 贵州鑫米新能源材料有限公司 一种低成本高品质锂离子电池隔膜涂覆工艺
CN109546056B (zh) * 2018-11-27 2021-06-01 河北金力新能源科技股份有限公司 隔膜涂覆液和水系纳米对位芳纶涂隔膜
CN109560235B (zh) * 2018-12-05 2022-04-22 河北金力新能源科技股份有限公司 一种新型锂离子电池芳纶隔膜制备方法
CN109709000A (zh) * 2018-12-28 2019-05-03 河北金力新能源科技股份有限公司 隔膜浸润性测试装置及方法
CN109786635A (zh) * 2018-12-29 2019-05-21 深圳中兴新材技术股份有限公司 一种具有耐高温涂层的多层复合锂电池隔膜及其制备方法
CN109980165A (zh) * 2019-04-22 2019-07-05 深圳中兴新材技术股份有限公司 一种低温闭孔的高力学性能复合薄膜及其制备方法和应用
CN110048061A (zh) * 2019-04-22 2019-07-23 深圳中兴新材技术股份有限公司 一种多层复合微孔膜及其制备方法和应用
CN110676415B (zh) * 2019-10-09 2022-01-04 深圳中兴新材技术股份有限公司 透气一致性高的涂层隔膜的制备方法及制得的涂层隔膜
CN112751135B (zh) * 2019-10-29 2022-09-27 珠海恩捷新材料科技有限公司 一种芳纶隔膜
CN113067093B (zh) * 2019-12-12 2022-08-26 珠海恩捷新材料科技有限公司 一种点状涂布隔膜
CN111554859A (zh) * 2020-05-15 2020-08-18 江苏厚生新能源科技有限公司 纤维涂覆隔膜及其制备方法、纤维涂层、锂电池
CN114865219A (zh) * 2022-05-26 2022-08-05 广东奥德迈新能源有限责任公司 一种芳纶隔膜及其制备方法和芳纶隔膜电池及其制备方法
CN116207444A (zh) * 2023-05-06 2023-06-02 深圳中兴新材技术股份有限公司 用于电池隔膜的耐热涂层、电池隔膜及其应用

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103515557A (zh) * 2012-06-18 2014-01-15 海洋王照明科技股份有限公司 电化学电源隔膜及其制备方法
CN104167522A (zh) * 2014-07-31 2014-11-26 青岛华承天机械制造有限公司 芳纶纤维构成的高性能电池隔膜
CN105219016A (zh) * 2015-10-09 2016-01-06 上海应用技术学院 一种耐磨聚甲醛复合材料及其制备方法
CN105702900B (zh) * 2016-03-24 2018-04-06 武汉纺织大学 一种热解致孔的对位芳纶纳米纤维锂离子电池隔膜的制备
CN105932204A (zh) * 2016-06-24 2016-09-07 佛山市金辉高科光电材料有限公司 一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107118599A (zh) 2017-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107118599B (zh) 一种耐高温水性芳纶涂布锂离子电池隔膜及其制备方法
CN107093694A (zh) 一种水性pvdf涂布锂离子电池隔膜及其制备方法
CN106129312B (zh) 一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的制备方法
CN103078077B (zh) 一种特殊结构锂离子电池隔膜及其制备方法
CN104766938B (zh) 一种复合型锂离子电池隔膜及其制备方法
CN104091910B (zh) 一种陶瓷改性锂离子电池隔膜的制备方法
CN104157815B (zh) 一种细菌纤维素多孔薄膜及其制备方法
CN105970485B (zh) 一种聚酰亚胺/二氧化锆复合纳米纤维膜及其制备方法
WO2022161088A1 (zh) 一种轻量化锂离子电池隔膜用涂层材料及其制备方法和轻量化锂离子电池复合隔膜
Wu et al. In situ construction of High-safety and Non-flammable polyimide “Ceramic” Lithium-ion battery separator via SiO2 Nano-Encapsulation
CN106953050A (zh) 一种耐高温多层隔膜复合锂离子电池隔膜及其制备方法
CN109994695A (zh) 聚合物浆料、复合隔膜及其制备方法
CN109174589A (zh) 一种低成本高品质锂离子电池隔膜涂覆工艺
CN104466063B (zh) 聚多巴胺表面改性聚醚砜纳米纤维复合隔膜、制备方法及应用
WO2021089016A1 (zh) 一种用于锂离子电池隔膜的功能涂层材料及其制备方法
CN106207052B (zh) 一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置
CN105870383B (zh) 一种电池电容器隔膜及其制备方法
CN105789536B (zh) 一种熔喷聚苯硫醚无纺布/芳纶纳米纤维复合隔膜的制备
CN101872852B (zh) 基于芳纶纤维的电池隔膜的制备方法
CN110429227B (zh) 一种纤维型锂离子电池隔膜的制备方法
CN104638217A (zh) 一种复合改性隔膜及其制备方法
CN104766937A (zh) 一种环保型锂离子电池隔膜及其制备方法
CN105185937B (zh) 一种锂离子电池用无纺布陶瓷隔膜及其制备方法
CN101867030A (zh) 基于芳纶纤维的电池隔膜
CN103647035B (zh) 高孔隙率复合隔膜及其制备方法、高功率电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant