CN108321341A - 一种石墨烯改性锂电池隔膜及其制造方法、锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种石墨烯改性锂电池隔膜及其制造方法、锂电池，电池隔膜包括第一表层、第二表层以及导电芯层；导电芯层设置于第一表层和第二表层之间；第一表层和第二表层为聚丙烯层；导电芯层包括有无机纳米添加剂；采用以上技术方案，石墨烯改性锂电池隔膜中间层为无机纳米添加剂形成导电性中间层，可有效促进电子传输，提高电池充放电性能；并且，石墨烯改性锂电池隔膜为采用专门的制造方法，使得隔膜具有强度高，韧性好的特点，可有效防止隔膜被击穿造成正负极短路情况，确保锂电池的安全性。
Description
技术领域
本发明属于锂电池隔膜技术领域，具体涉及一种石墨烯改性锂电池隔膜及其制造方法、锂电池。
背景技术
锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一；隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用；隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。
现有的锂电池隔膜材料可以分为：织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜等几类；聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点，市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯(polyethylene，PE)、聚丙烯(polypropylene，PP)为主的聚烯烃(Polyolefin)类隔膜。
上述锂电池隔膜在锂电池充电时，常常由于隔膜被击穿导致锂电池爆炸等事故，严重存在安全隐患。
基于上述锂电池隔膜中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种石墨烯改性锂电池隔膜及其制造方法，旨在解决现有锂电池隔膜容易被击穿的问题。
本发明提供一种石墨烯改性锂电池隔膜，包括第一表层、第二表层以及导电芯层；导电芯层设置于第一表层和第二表层之间；第一表层和第二表层为聚丙烯层；导电芯层包括有无机纳米添加剂。
进一步地，无机纳米添加剂包括有碳纳米管、石墨烯或石墨中的一种或多种。
进一步地，第一表层和第二表层的层面设有0.01μm～0.1μm微孔。
进一步地，无机纳米添加剂质量比为0.1％-0.3％。
本发明还提供一种根据上述所述石墨烯改性锂电池隔膜的制造方法，包括以下步骤：
S1：配料，并送入原料仓；
S2：在真空条件下输送至挤出机的料斗，由挤出机塑化成熔体；
S3：熔体经过挤出螺杆挤出并过滤，经过流延法制成薄膜；
S4：薄膜在牵引单元作用下经双面电晕击穿处理使薄膜表面形成微孔；
S5：再经牵引单元收成母卷，并使母卷经过时效处理。
采用以上技术方案，石墨烯改性锂电池隔膜中间层为无机纳米添加剂形成导电性中间层，可有效促进电子传输，提高电池充放电性能；并且，石墨烯改性锂电池隔膜为采用专门的制造方法，使得隔膜具有强度高，韧性好的特点，可有效防止隔膜被击穿造成正负极短路情况，确保锂电池的安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种石墨烯改性锂电池隔膜结构示意图。
图中：1、第一表层；2、导电芯层；3、第二表层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明提供一种石墨烯改性锂电池隔膜，包括第一表层1、第二表层3以及导电芯层2；导电芯层2设置于第一表层1和第二表层3之间；第一表层、第二表层以及导电芯层分别通过三层共挤流延法生产；三层共挤流延法指的是采用三台挤出机分别将聚合物原料在挤出机中塑化均匀，在压力作用下通过位于挤出机料筒前端的模头挤出，模头的作用就是将三种原料按量分配均匀；三层共挤流延法最大的优点是可以将不同材料复合在一起，将各种原料的优点结合，以此获得性能优良的薄膜产品；进一步地，第一表层1和第二表层3为聚丙烯层；导电芯层包括有无机纳米添加剂，无机纳米添加剂质量比为0.1％-0.3％，优选地可以是0.2％，无机纳米添加剂形成导电性中间层，赋予薄膜导电的功能，纳米材料的加入可增加薄膜材料的强度，提高薄膜的韧性；其中，无机纳米添加剂包括有碳纳米管、石墨烯或石墨中的一种或多种；石墨烯同时作为增强材料，提高薄膜的韧性，保证锂电池的安全性；进一步地，第一表层和第二表层为电击穿层，第一表层和第二表层的层面设有0.01μm～0.1μm微孔，微孔的设置能作为电子的通道；本发明中通过将隔膜制备成三层结构电池隔膜，中间层为石墨烯等改性高分子材料，外面两层为流延聚丙烯(CPP)，有效解决了现有单层电池隔膜易击穿的缺陷；并且，中间层采用石墨烯等改性的导电高分子聚合物既保证了电池隔膜原有的阻隔性(防止正负极直接接触),又借助石墨烯优异的散热、耐热、导电性能，提高电池的综合性能；本发明的电池隔膜具有高柔韧性，具有优异的耐化学性，优异的耐热性等特性。
相应地，结合上述方案，本发明还提供一种锂电池，包括有隔膜；所述隔膜为上述所述的石墨烯改性锂电池隔膜；采用上述隔膜，可以提高锂电池薄膜的韧性，保证锂电池的安全性。
相应地，结合上述方案，本发明还提供一种根据上述所述石墨烯改性锂电池隔膜的制造方法，包括以下步骤：
S1：配料，并送入原料仓；其中，不同的层采用不同的配料，第一表层和第二表层是一样的聚丙烯层，可以加入0.5％的无机纳米颗粒，起到增加强度的作用，还有部分方便加工的增塑剂等；导电芯层是石墨烯改性的导电层，加入0.2％的石墨烯；
S2：在真空条件下输送至挤出机的料斗，由挤出机塑化成熔体；
S3：熔体经过挤出螺杆挤出并过滤，经过流延法制成薄膜；流延生产工艺是指树脂经挤出机熔融塑化，通过狭缝机头模口挤出，使熔料紧贴在冷却辊筒上，经过拉伸、切边、卷取等工序制成的薄膜；
S4：薄膜在牵引单元作用下经双面电晕击穿处理使薄膜表面形成微孔；牵引单元的作用是把成型的薄膜牵引形成卷状；
S5：再经牵引单元收成母卷，并使母卷经过时效处理；时效处理实际上就是放置一段时间，使材料性能稳定。
优选地，结合上述方案，本实施例中，还包括以下步骤：
S6：母卷经过时效处理后再经过分切形成薄膜成品，并包装。
优选地，结合上述方案，本实施例中，微孔孔径为0.01μm～0.1μm。
优选地，结合上述方案，本实施例中，S3步骤后还包括冷却和定型处理，冷却是使熔融的聚合物材料，在光滑的冷却辊上降温，冷却成固体、成型。
采用以上技术方案，石墨烯改性锂电池隔膜中间层为无机纳米添加剂形成导电性中间层，可有效促进电子传输，提高电池充放电性能；并且，石墨烯改性锂电池隔膜为采用专门的制造方法，使得隔膜具有强度高，韧性好的特点，可有效防止隔膜被击穿造成正负极短路情况，确保锂电池的安全性。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种石墨烯改性锂电池隔膜，其特征在于，包括第一表层、第二表层以及导电芯层；所述导电芯层设置于所述第一表层和所述第二表层之间；所述第一表层和所述第二表层为聚丙烯层；所述导电芯层包括有无机纳米添加剂。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性锂电池隔膜，其特征在于，所述无机纳米添加剂包括有碳纳米管、石墨烯或石墨中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的石墨烯改性锂电池隔膜，其特征在于，所述第一表层和所述第二表层的层面设有0.01μm～0.1μm微孔。
4.根据权利要求1所述的石墨烯改性锂电池隔膜，其特征在于，所述无机纳米添加剂质量比为0.1％-0.3％。
5.一种根据权利要求1所述石墨烯改性锂电池隔膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：配料，并送入原料仓；
S2：在真空条件下输送至挤出机的料斗，由挤出机塑化成熔体；
S3：熔体经过挤出螺杆挤出并过滤，经过流延法制成薄膜；
S4：薄膜在牵引单元作用下经双面电晕击穿处理使薄膜表面形成微孔；
S5：再经牵引单元收成母卷，并使母卷经过时效处理。
6.根据权利要求5所述石墨烯改性锂电池隔膜的制造方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S6：所述母卷经过时效处理后再经过分切形成薄膜成品，并包装。
7.根据权利要求5所述石墨烯改性锂电池隔膜的制造方法，其特征在于，所述微孔孔径为0.01μm～0.1μm。
8.根据权利要求5所述石墨烯改性锂电池隔膜的制造方法，其特征在于，所述S3步骤后还包括冷却和定型处理。
9.一种锂电池，包括有隔膜，其特征在于，所述隔膜为上述权利要求1至4任一项所述的石墨烯改性锂电池隔膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180724 |