CN107681093A - 一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合锂离子电池隔膜，其由基质膜和改性涂覆料组成；所述的基质膜是由聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯组成，聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯的质量份比为6~8:1~3:1；所述的改性涂覆料是由无机粉体料、聚酰胺和二甲苯组成，无机粉体料、聚酰胺和二甲苯的质量份比为1~2:1~2:4~6；所述的改性涂覆料涂覆与基质膜的单面或双面，基质膜厚度为5~25μm，涂覆厚度为1~7μm。本发明提供的锂离子电池隔膜具有较好的透气性、亲液性和电化学性能，进而进一步的提高了锂离子电池的使用性能和循环使用寿命。

Description

一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合锂离子电池隔膜及其制备方法。
背景技术
能源问题将是21世纪人类面临的重大挑战，全世界都在积极探索与寻求高能的电化学电源。锂离子电池作为新一代高能电源，被广泛用在军工、电子设备、电动工具、电动汽车等各个领域。锂离子电池自商业化以来，以其寿命长、比容量大、无记忆效应等优点，在全世界各种环境下得到了广泛应用。
锂离子电池隔膜作为锂离子电池中的一个重要组成部分，处于正极和负极之间，起着阻止正负极直接接触、同时提供离子运输通道的作用，其性能的优劣直接影响电池的性能。现有技术中的锂离子电池隔膜多采用聚烯烃隔膜如聚乙烯（PE）、聚丙烯(PP)或者两者的多层复合隔膜（PP/PE/PP）等。此类隔膜具有机械强度高、耐酸碱和化学试剂腐蚀等特性，是较理想的隔膜材料，因此得到了大范围的应用。但是聚烯烃隔膜的透气性及亲（电解）液性较差，无法完全满足电池快速充放电的要求，同时影响了电池的循环使用寿命。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种透气性、亲液性和电化学性能良好复合锂离子电池隔膜材料及其制备方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种复合锂离子电池隔膜，其由基质膜和改性涂覆料组成；
所述的基质膜是由聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯组成，聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯的质量份比为6~8:1~3:1；
所述的改性涂覆料是由无机粉体料、聚酰胺和二甲苯组成，无机粉体料、聚酰胺和二甲苯的质量份比为1~2:1~2:4~6；
所述的改性涂覆料涂覆与基质膜的单面或双面，基质膜厚度为5~25μm，涂覆厚度为1~7μm。
进一步地，所述的聚烯烃为聚丙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种。
进一步地，所述的无机粉体料为锆钛酸铅或硫酸钡。
所述的一种复合锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯混合均匀，并加入为聚烯烃1/3质量的邻苯二甲酸二正辛酯混匀后，置于双螺杆挤出机中，于170~200℃下加热连续挤出，形成基质膜基片；
（2）将步骤（1）得到的基质膜基片通过冷却成型机冷却成型；
（3）将步骤（2）得到的成型基片经双向拉伸设备进行纵、横双向同步拉伸，形成基膜；
（4）将步骤（3）得到的基膜经盛满萃取剂的容器内将基膜中的邻苯二甲酸二正辛酯萃取至含量低于1.5%；
（5）将步骤（4）得到的基膜在温度110~140℃环境下热处理1~4min得到基质膜；
（6）将聚酰胺充分溶解于二甲苯中，然后加入无机粉体料进行球磨分散至均匀，得到改性涂覆料；
（7）将步骤（6）得到的改性涂覆料涂覆于步骤（6）得到的基质膜的单面或双面，经烘干后得到本发明的锂离子电池隔膜。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果为：本发明提供的锂离子电池隔膜具有较好的透气性、亲液性和电化学性能，进而进一步的提高了锂离子电池的使用性能和循环使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此，同时本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1：一种复合锂离子电池隔膜，其由基质膜和改性涂覆料组成；所述的基质膜是由聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯组成，聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯的质量份比为7:2:1；所述的改性涂覆料是由无机粉体料、聚酰胺和二甲苯组成，无机粉体料、聚酰胺和二甲苯的质量份比为3:3:10；所述的改性涂覆料涂覆与基质膜的单面或双面，基质膜厚度为15μm，涂覆厚度为4μm。
进一步地，所述的聚烯烃为聚丙烯，所述的无机粉体料为锆钛酸铅。
实施例2：一种复合锂离子电池隔膜，其由基质膜和改性涂覆料组成；所述的基质膜是由聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯组成，聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯的质量份比为6:1:1；所述的改性涂覆料是由无机粉体料、聚酰胺和二甲苯组成，无机粉体料、聚酰胺和二甲苯的质量份比为1:1:4；所述的改性涂覆料涂覆与基质膜的单面或双面，基质膜厚度为5μm，涂覆厚度为1μm。
进一步地，所述的聚烯烃为中密度聚乙烯，所述的无机粉体料为硫酸钡。
实施例3：一种复合锂离子电池隔膜，其由基质膜和改性涂覆料组成；所述的基质膜是由聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯组成，聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯的质量份比为8:3:1；所述的改性涂覆料是由无机粉体料、聚酰胺和二甲苯组成，无机粉体料、聚酰胺和二甲苯的质量份比为2:2:6；所述的改性涂覆料涂覆与基质膜的单面或双面，基质膜厚度为25μm，涂覆厚度为7μm。
进一步地，所述的聚烯烃为低密度聚乙烯，所述的无机粉体料为锆钛酸铅。
实施例4：一种复合锂离子电池隔膜，其由基质膜和改性涂覆料组成；所述的基质膜是由聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯组成，聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯的质量份比为8:1:1；所述的改性涂覆料是由无机粉体料、聚酰胺和二甲苯组成，无机粉体料、聚酰胺和二甲苯的质量份比为2:1:6；所述的改性涂覆料涂覆与基质膜的单面或双面，基质膜厚度为25μm，涂覆厚度为1μm。
进一步地，所述的聚烯烃为聚丙烯，所述的无机粉体料为锆钛酸铅。
实施例5：一种复合锂离子电池隔膜，其由基质膜和改性涂覆料组成；所述的基质膜是由聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯组成，聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯的质量份比为13:5:2；所述的改性涂覆料是由无机粉体料、聚酰胺和二甲苯组成，无机粉体料、聚酰胺和二甲苯的质量份比为3:2:11；所述的改性涂覆料涂覆与基质膜的单面或双面，基质膜厚度为10μm，涂覆厚度为3μm。
进一步地，所述的聚烯烃为中密度聚乙烯，所述的无机粉体料为硫酸钡。
上述实施例1-5所述的一种复合锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯混合均匀，并加入为聚烯烃1/3质量的邻苯二甲酸二正辛酯混匀后，置于双螺杆挤出机中，于170~200℃下加热连续挤出，形成基质膜基片；
（2）将步骤（1）得到的基质膜基片通过冷却成型机冷却成型；
（3）将步骤（2）得到的成型基片经双向拉伸设备进行纵、横双向同步拉伸，形成基膜；
（4）将步骤（3）得到的基膜经盛满萃取剂的容器内将基膜中的邻苯二甲酸二正辛酯萃取至含量低于1.5%；
（5）将步骤（4）得到的基膜在温度110~140℃环境下热处理1~4min得到基质膜；
（6）将聚酰胺充分溶解于二甲苯中，然后加入无机粉体料进行球磨分散至均匀，得到改性涂覆料；
（7）将步骤（6）得到的改性涂覆料涂覆于步骤（6）得到的基质膜的单面或双面，经烘干后得到本发明的锂离子电池隔膜。
上述步骤（5）中的热处理工艺为110℃处理4min、140℃处理1min、120℃处理3min或130℃处理2min。
为了进一步说明本发明隔膜材料的性能，将实施例1-5得到的隔膜材料进行了相关性能测试。采用皂膜流量计测试上述实施例1-5得到的复合锂离子电池隔膜的透气性，通过测量在31cm水柱压力下，40mL空气透过直径为5cm的圆形样品所需要的时间来测量隔膜透气性，测得本发明的实施例1-5的复合锂离子电池隔膜的透气时间为9~11s，现有的常用PE聚烯烃隔膜的透气时间为13s；由于采用改性涂覆料所用的无机粉体料的粒径相对较大，而且粒径分布较宽，复合隔膜的透气性相比于相同规格的PE聚烯烃隔膜相似，但采用的基质膜及加工方法进一步的提高了复合隔膜的透气性。同时，在相同条件下同规格的实施例1-5得到的复合锂离子电池隔膜和现有的常用PE聚烯烃隔膜组装成电池后测试其在0.1C的倍率至2C倍率的充放电倍率下电池放电比容量的保持情况，采用本发明实施例1-5得到的复合锂离子电池隔膜的电池对应电池的放电比容量均较同样测试条件下由现有的常用PE聚烯烃隔膜组装的电池有约15-25%的提高，改性涂覆料涂覆的复合隔膜对电解液具有更好的保持率和浸润性，有助于将本发明复合隔膜扩展在大功率动力电池上的应用，并保持良好的电化学性能。
应当再次指出的是，以上说明仅描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。对于本行业的技术人员，上述实施例不以任何形式限制本发明，采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种复合锂离子电池隔膜，其特征在于：由基质膜和改性涂覆料组成；
所述的基质膜是由聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯组成，聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯的质量份比为6~8:1~3:1；
所述的改性涂覆料是由无机粉体料、聚酰胺和二甲苯组成，无机粉体料、聚酰胺和二甲苯的质量份比为1~2:1~2:4~6；
所述的改性涂覆料涂覆与基质膜的单面或双面，基质膜厚度为5~25μm，涂覆厚度为1~7μm。
2.根据权利要求1所述的一种复合锂离子电池隔膜，其特征在于：所述的聚烯烃为聚丙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种复合锂离子电池隔膜，其特征在于：所述的无机粉体料为锆钛酸铅或硫酸钡。
4.权利要求1-3任一项所述的一种复合锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将聚烯烃、丙烯酸锂和高密度聚乙烯混合均匀，并加入为聚烯烃1/3质量的邻苯二甲酸二正辛酯混匀后，置于双螺杆挤出机中，于170~200℃下加热连续挤出，形成基质膜基片；
（2）将步骤（1）得到的基质膜基片通过冷却成型机冷却成型；
（3）将步骤（2）得到的成型基片经双向拉伸设备进行纵、横双向同步拉伸，形成基膜；
（4）将步骤（3）得到的基膜经盛满萃取剂的容器内将基膜中的邻苯二甲酸二正辛酯萃取至含量低于1.5%；
（5）将步骤（4）得到的基膜在温度110~140℃环境下热处理1~4min得到基质膜；
（6）将聚酰胺充分溶解于二甲苯中，然后加入无机粉体料进行球磨分散至均匀，得到改性涂覆料；
（7）将步骤（6）得到的改性涂覆料涂覆于步骤（6）得到的基质膜的单面或双面，经烘干后得到本发明的锂离子电池隔膜。
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