CN107994183A - 一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法 - Google Patents

一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池专用复合涂层隔膜，包括微孔膜、树脂层、陶瓷层和亚克力胶层，其特征在于，所述微孔膜的上面和下面均涂覆有树脂层，所述树脂层外侧涂覆有陶瓷层，陶瓷层外部涂覆有亚克力胶层，所述微孔膜上有第一微孔，所述树脂层上设置有第二微孔，所述陶瓷层上有第三微孔，所述亚克力胶层上有第四微孔；一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法，包括以下步骤：勃姆石氧化铝表面改性、微孔膜制备、制备聚合物复合膜、制备改性勃姆石氧化铝浆料、改性勃姆石氧化铝浆料的涂覆、亚克力胶粘结成型，得到一种锂电池专用复合涂层隔膜。本发明能很好解决高能量密度电芯的安全性问题。

Description

一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法
技术领域
本发明属于电池用隔膜制备方法技术领域，具体地说，涉及一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法。
背景技术
目前市场对锂电池能量密度的提升需求日趋强烈，随之而来的安全问题不容忽视。单一材质和简单结构的以聚丙烯或聚乙烯隔膜为基体的陶瓷涂覆膜因其综合性能有所欠缺，即将无法满足高能量密度锂电池对高电压、高安全和高循环寿命等性能的要求。因此，急需开发一种多功能的锂电池专用复合涂层隔膜。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法，
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种锂电池专用复合涂层隔膜，包括微孔膜、树脂层、陶瓷层和亚克力胶层，其特征在于，所述微孔膜的上面和下面均涂覆有树脂层，所述树脂层外侧涂覆有陶瓷层，陶瓷层外部涂覆有亚克力胶层，所述微孔膜上有第一微孔，所述树脂层上设置有第二微孔，所述陶瓷层上有第三微孔，所述亚克力胶层上有第四微孔。
本发明中，所述微孔膜的厚度为6-30μm，所述树脂层的厚度为3-20μm，所述陶瓷层的厚度为1-4μm，所述亚克力胶层的厚度为0.5-2μm。
本发明中，所述第一微孔的孔径为0.02-0.6μm，所述第二微孔的孔径为0.026-0.038μm。
本发明中，所述微孔膜的孔隙率为55％-65％，所述树脂层的孔隙率为36％-50％。
本发明中，树脂层为PP树脂层或PE树脂层中的一种。
本发明中，亚克力胶层为PMMA层。
一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法，包括以下步骤：
S1：勃姆石氧化铝表面改性：将勃姆石氧化铝放入干燥箱内完全干燥后备用，然后称取硅烷偶联剂，控制勃姆石氧化铝和硅烷偶联剂的摩尔比为1：1，然后将勃姆石氧化铝和硅烷偶联剂混合，并在超声分散仪中分散30min；然后将混合液体倒入三口烧瓶内，控制三口烧瓶内的温度为150℃，然后用机械搅拌下回流2小时，将制得的产物用去离子水清洗，然后离心，直至上层清液的pH值为7时停止，然后将制得的产物放置在通风厨中自然风干，风干时间控制在2天，然后将产物放置在真空干燥箱中，控制真空干燥箱内的温度为60℃，干燥时间控制在12小时，干燥后得到表面改性后的勃姆石氧化铝粉末；
S2：微孔膜制备：将聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯按比例混合并放置在容器中，然后向容器内依次加入丙酮，聚乙二醇，勃姆石氧化铝和无水乙醇，得到聚合物，然后将容器内的聚合物经过超声波震荡20min，然后放入恒温的水浴中加热并搅拌至物料变成凝胶状，静置1-2min，涂布成微孔膜；
S3：制备聚合物复合膜：用挤出机将树脂挤出形成薄膜状树脂层，然后在微孔膜上面和下面同时放置薄膜状树脂层，然后放入热压成型机中热压成型，热压成型时间控制在40-60s，然后将膜连同模具放入凝固浴中浸泡24h，取出膜在真空条件下温度控制在80℃的条件下干燥12h，将多孔膜在电解液中活化2h后制得聚合物复合膜；
S4：制备改性勃姆石氧化铝浆料：将S1中得到的表面改性后的勃姆石氧化铝粉末、去离子水和粘结剂聚丙烯酸乳液混合搅拌0.5-3h，得到改性勃姆石氧化铝浆料；
S5：改性勃姆石氧化铝浆料的涂覆：将S4中制得的改性勃姆石氧化铝浆料涂布在S3中制得的聚合物复合膜的两侧，经在40℃-80℃的条件下干燥2-5min后形成改性陶瓷涂层，制得高安全性的陶瓷涂覆隔膜，其中，涂布速度为20-60m/min；
S6：亚克力胶粘结成型：将去离子水和亚克力胶及其共聚物混合搅拌均匀，在温度为30℃-50℃的条件下混合搅拌均匀，再加入增稠剂混合均匀，经球磨0.5-2h后，得到水性混合浆料；水性混合浆料中去离子水的质量百分比为20-60％，水性混合浆料中增稠剂的的质量百分比0.01-5％；将制得的水性混合浆料涂布于陶瓷涂覆隔膜两侧，形成水性涂层，经在温度为30℃-70℃的五级烘箱内烘干后，得到一种锂电池专用复合涂层隔膜。
本发明中，S2中聚合物的固体物质的浓度为8％，S2中聚乙二醇占聚合物的质量比为30％，S2中无水乙醇占聚合物的质量比为3％，S2中恒温的水浴的温度为45℃。
本发明中，S2中聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为7:3、8:2、6:4、5:5、4:6、3:7中的一种。
本发明中，S2中勃姆石氧化铝占聚合物的质量比为0.005％、0.01％、0.02％、0.04％中的一种。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明针对高能量密度电芯而言，传统工艺生产出的以PP或PE膜为基体的陶瓷膜闭孔温度与破膜温度的区间范围较窄，工作电压较低，热稳定性不太好，仍然存在较大的安全隐患。本发明旨在设计并制备一种锂电池多功能专用复合涂层隔膜，具有闭孔温度低、破膜温度高、高温热收缩率低、吸液量大、高电压、软包电池高硬度、高Li+传输、高安全性、变形小、循环寿命长等诸多优点，能很好解决高能量密度电芯的安全性问题。
本发明采用PVDF/PMMA/PEG-BM为基体，使隔膜拥有更高机械强度、吸液率、热稳定性和工作电压；本发明由于耐高温的PVDF/PMMA/PEG-BM的存在，加上上下两层均设置有PP层或PE层，有效实现隔膜的低闭孔温度和高破膜温度；本发明陶瓷层采用高纯度板状晶体结构的勃姆石氧化铝，颗粒均匀，浸润性好，保液量大，循环寿命长，且具有优异的导热性和阻燃性能，其拥有的热胀冷缩特性促使在电流过大时能够自发阻断电流；本发明复合隔膜上下最表层采用双面PMMA热粘结层，热压后起到耐热和粘结正负极极片的作用，制作出的电芯平整性更好。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1为本发明结构示意图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1，一种锂电池专用复合涂层隔膜的结构示意图，一种锂电池专用复合涂层隔膜，包括微孔膜1、树脂层2、陶瓷层3和亚克力胶层4，所述微孔膜1的上面和下面均涂覆有树脂层2，所述树脂层2外侧涂覆有陶瓷层3，陶瓷层3外部涂覆有亚克力胶层4，所述微孔膜1上有第一微孔11，所述树脂层2上设置有第二微孔21，所述陶瓷层3上有第三微孔31，所述亚克力胶层4上有第四微孔。
本发明中，所述微孔膜1的厚度为6-30μm，所述树脂层2的厚度为3-20μm，所述陶瓷层3的厚度为1-4μm，所述亚克力胶层4的厚度为0.5-2μm。
本发明中，所述第一微孔11的孔径为0.02-0.6μm，所述第二微孔21的孔径为0.026-0.038μm。
本发明中，所述微孔膜1的孔隙率为55％-65％，所述树脂层2的孔隙率为36％-50％。
本发明中，树脂层2为PP树脂层或PE树脂层中的一种。
本发明中，亚克力胶层4为PMMA层。
实施例1
S1：勃姆石氧化铝表面改性：将勃姆石氧化铝放入干燥箱内完全干燥后备用，然后称取硅烷偶联剂，控制勃姆石氧化铝和硅烷偶联剂的摩尔比为1：1，然后将勃姆石氧化铝和硅烷偶联剂混合，并在超声分散仪中分散30min；然后将混合液体倒入三口烧瓶内，控制三口烧瓶内的温度为150℃，然后用机械搅拌下回流2小时，将制得的产物用去离子水清洗，然后离心，直至上层清液的pH值为7时停止，然后将制得的产物放置在通风厨中自然风干，风干时间控制在2天，然后将产物放置在真空干燥箱中，控制真空干燥箱内的温度为60℃，干燥时间控制在12小时，干燥后得到表面改性后的勃姆石氧化铝粉末；
S2：微孔膜制备：将聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯按比例混合并放置在容器中，然后向容器内依次加入丙酮，聚乙二醇，勃姆石氧化铝和无水乙醇，得到聚合物，然后将容器内的聚合物经过超声波震荡20min，然后放入恒温的水浴中加热并搅拌至物料变成凝胶状，静置1-2min，涂布成微孔膜；
S3：制备聚合物复合膜：用挤出机将树脂挤出形成薄膜状树脂层，然后在微孔膜上面和下面同时放置薄膜状树脂层，然后放入热压成型机中热压成型，热压成型时间控制在40-60s，然后将膜连同模具放入凝固浴中浸泡24h，取出膜在真空条件下温度控制在80℃的条件下干燥12h，将多孔膜在电解液中活化2h后制得聚合物复合膜；
S4：制备改性勃姆石氧化铝浆料：将S1中得到的表面改性后的勃姆石氧化铝粉末、去离子水和粘结剂聚丙烯酸乳液混合搅拌0.5-3h，得到改性勃姆石氧化铝浆料；
S5：改性勃姆石氧化铝浆料的涂覆：将S4中制得的改性勃姆石氧化铝浆料涂布在S3中制得的聚合物复合膜的两侧，经在40℃-80℃的条件下干燥2-5min后形成改性陶瓷涂层，制得高安全性的陶瓷涂覆隔膜，其中，涂布速度为20-60m/min；
S6：亚克力胶粘结成型：将去离子水和亚克力胶及其共聚物混合搅拌均匀，在温度为30℃-50℃的条件下混合搅拌均匀，再加入增稠剂混合均匀，经球磨0.5-2h后，得到水性混合浆料；水性混合浆料中去离子水的质量百分比为20-60％，水性混合浆料中增稠剂的的质量百分比0.01-5％；将制得的水性混合浆料涂布于陶瓷涂覆隔膜两侧，形成水性涂层，经在温度为30℃-70℃的五级烘箱内烘干后，得到一种锂电池专用复合涂层隔膜。
本发明中，S2中聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为7:3、8:2、6:4、5:5、4:6、3:7中的一种，S2中聚合物的固体物质的浓度为8％，S2中聚乙二醇占聚合物的质量比为30％，S2中无水乙醇占聚合物的质量比为3％，S2中恒温的水浴的温度为45℃，S2中勃姆石氧化铝占聚合物的质量比为0.005％、0.01％、0.02％、0.04％中的一种。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种锂电池专用复合涂层隔膜，包括微孔膜、树脂层、陶瓷层和亚克力胶层，其特征在于，所述微孔膜的上面和下面均涂覆有树脂层，所述树脂层外侧涂覆有陶瓷层，陶瓷层外部涂覆有亚克力胶层，所述微孔膜上有第一微孔，所述树脂层上设置有第二微孔，所述陶瓷层上有第三微孔，所述亚克力胶层上有第四微孔。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池专用复合涂层隔膜，其特征在于，所述微孔膜的厚度为6-30μm，所述树脂层的厚度为3-20μm，所述陶瓷层的厚度为1-4μm，所述亚克力胶层的厚度为0.5-2μm。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池专用复合涂层隔膜，其特征在于，所述第一微孔的孔径为0.02-0.6μm，所述第二微孔的孔径为0.026-0.038μm。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池专用复合涂层隔膜，其特征在于，所述微孔膜的孔隙率为55％-65％，所述树脂层的孔隙率为36％-50％。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池专用复合涂层隔膜，其特征在于，树脂层为PP树脂层或PE树脂层中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池专用复合涂层隔膜，其特征在于，亚克力胶层为PMMA层。
7.一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：勃姆石氧化铝表面改性：将勃姆石氧化铝放入干燥箱内完全干燥后备用，然后称取硅烷偶联剂，控制勃姆石氧化铝和硅烷偶联剂的摩尔比为1：1，然后将勃姆石氧化铝和硅烷偶联剂混合，并在超声分散仪中分散30min；然后将混合液体倒入三口烧瓶内，控制三口烧瓶内的温度为150℃，然后用机械搅拌下回流2小时，将制得的产物用去离子水清洗，然后离心，直至上层清液的pH值为7时停止，然后将制得的产物放置在通风厨中自然风干，风干时间控制在2天，然后将产物放置在真空干燥箱中，控制真空干燥箱内的温度为60℃，干燥时间控制在12小时，干燥后得到表面改性后的勃姆石氧化铝粉末；
S2：微孔膜制备：将聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯按比例混合并放置在容器中，然后向容器内依次加入丙酮，聚乙二醇，勃姆石氧化铝和无水乙醇，得到聚合物，然后将容器内的聚合物经过超声波震荡20min，然后放入恒温的水浴中加热并搅拌至物料变成凝胶状，静置1-2min，涂布成微孔膜；
S3：制备聚合物复合膜：用挤出机将树脂挤出形成薄膜状树脂层，然后在微孔膜上面和下面同时放置薄膜状树脂层，然后放入热压成型机中热压成型，热压成型时间控制在40-60s，然后将膜连同模具放入凝固浴中浸泡24h，取出膜在真空条件下温度控制在80℃的条件下干燥12h，将多孔膜在电解液中活化2h后制得聚合物复合膜；
S4：制备改性勃姆石氧化铝浆料：将S1中得到的表面改性后的勃姆石氧化铝粉末、去离子水和粘结剂聚丙烯酸乳液混合搅拌0.5-3h，得到改性勃姆石氧化铝浆料；
S5：改性勃姆石氧化铝浆料的涂覆：将S4中制得的改性勃姆石氧化铝浆料涂布在S3中制得的聚合物复合膜的两侧，经在40℃-80℃的条件下干燥2-5min后形成改性陶瓷涂层，制得高安全性的陶瓷涂覆隔膜，其中，涂布速度为20-60m/min；
S6：亚克力胶粘结成型：将去离子水和亚克力胶及其共聚物混合搅拌均匀，在温度为30℃-50℃的条件下混合搅拌均匀，再加入增稠剂混合均匀，经球磨0.5-2h后，得到水性混合浆料；水性混合浆料中去离子水的质量百分比为20-60％，水性混合浆料中增稠剂的的质量百分比0.01-5％；将制得的水性混合浆料涂布于陶瓷涂覆隔膜两侧，形成水性涂层，经在温度为30℃-70℃的五级烘箱内烘干后，得到一种锂电池专用复合涂层隔膜。
8.根据权利要求7所述的一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法，其特征在于，S2中聚合物的固体物质的浓度为8％，S2中聚乙二醇占聚合物的质量比为30％，S2中无水乙醇占聚合物的质量比为3％，S2中恒温的水浴的温度为45℃。
9.根据权利要求7所述的一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法，其特征在于，S2中聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为7:3、8:2、6:4、5:5、4:6、3:7中的一种。
10.根据权利要求7所述的一种锂电池专用复合涂层隔膜制作方法，其特征在于，S2中勃姆石氧化铝占聚合物的质量比为0.005％、0.01％、0.02％、0.04％中的一种。
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