CN108808083A - 固态电解质膜制备方法 - Google Patents

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黄云辉
高忠辉
佘沛亮
宋腾飞
程传捷
司晓影
肖莹
赵媛媛
徐斌
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Tongji University
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Abstract

本发明公开了一种固态电解质膜制备方法，该方法通过无纺布浸涂聚合物溶液，然后经烘干、热辊压，最终制备出组织致密、表面平整的固态电解质膜，固态电解质膜与电极材料结合形成的固固界面内阻小，而且离子电导率也很低。另外，所用无纺布在固态电解膜中起到骨架作用，因此固态电解质膜的力学性能也很好，特别是拉伸强度和韧性有大幅提升，此效果可降低装配过程中的破碎率，从而节省生产成本。本发明制成的产品为带状，生产过程中便于集中卷绕和施放作业，特别适合批量生产配套。

Description

固态电解质膜制备方法
技术领域
本发明属于化学电源技术领域，具体地讲，本发明涉及一种固态电解质膜，特别是固态电解质膜制备方法。
背景技术
蓄电池以内置电解质物理状态来区分的话，目前有液态蓄电池和固态蓄电池两大类，液态蓄电池属于传统型产品，固态蓄电池属于一种新技术产品。固态蓄电池与液态蓄电池相比，具有高安全性、高能量密度等性能优势，因此固态蓄电池应用前景十分广阔。但是，处于研发阶段的固态蓄电池性能仍不够完善，从技术层面上讲主要有三大问题待改善。第一类要改善的问题是内阻大：现有技术的锂离子电池体系内置电解液与电极材料组成固液界面，而固态蓄电池内置的固态电解质与电极材料组成固固界面，固固界面和固液界面在型式上有着本质性区别，在实际应用中主要差别是内阻值不等，其原因是固固界面之间无润湿性，结合面上必然存在较大的接触电阻，此种界面因接触不充分，除影响组分扩散效率及反应速度，而且在固固界面之间形成空间电荷层现象，该现象是造成电池内阻增大的主要原因。第二类要改善的问题是固态电解质膜离子电导率总体偏低：固固界面之间因接触电阻大，造成固态电解质膜离子电导率总体偏低格局，从而降低倍率性能，延迟固态蓄电池充电速度。第三类要改善的问题是制备方法不科学：现有技术采用涂覆方法实现聚合物溶液与载体的复合，此种制备方法简便，易实施，但涂覆的聚合物溶液待热固化后存在致密度不足、表面平整度欠佳和力学强度较差等问题。针对上述问题，本行业不少企业开展了相关研究，例如中国专利CN106654362A公开了一种复合固态电解质膜、制备方法及锂离子电池，该技术在多孔支撑材料两侧表面上分别涂覆复合胶层（同本发明的聚合物溶液）。所谓复合胶层待固化后成为固态电解质膜，该技术成形的固态电解质膜，虽然可以保证有足够的柔韧性和机械强度。但是，涂覆的复合胶层不易嵌入多孔支撑材料内，内部过多的微空隙自然会阻碍锂离子正常传输。另外，有部分复合胶层嵌入多孔支撑材料稍大的孔隙内，此处的复合胶层待固化成膜后表面有微量凹陷。综上所述，提高复合胶层固化后的致密度、表面平整度和力学性能，是改善固态电解质膜质量的着力点。
发明内容
本发明主要针对现有技术采用涂覆方法生产固态电解质膜的不足，提出一种方法简便、实施容易、质量稳定、便于工业化生产的固态电解质膜制备方法，该方法制成的产品组织致密度高、表现平整性好、力学强度高，完全满足固态蓄电池配套要求。
本发明通过下述技术方案实现技术目标。
固态电解质膜制备方法，其改进之处在于：它包括无纺布浸涂聚合物溶液、烘干、热辊压等工序，具体制备方法按下列步骤进行：
a、将按既定配方配置的聚合物溶液注入料槽中；
b、在料槽进口端架设卷绕的带状无纺布；
c、顺序施放的无纺布浸泡在料糟内蓄的聚合物溶液中，并以 1.0～10m/min速度通过料槽；
d、在料槽出口端预置刮刀，用刮刀刮掉沾附在无纺布面上的聚合物溶液浮液；
e、带状无纺布浸涂了聚合物溶液后，顺序进入烘道，在60℃±3℃的环境中烘干转化成固态电解质膜成坯料；
f、取用固态电解质膜坯料，在轧辊温度60℃～100℃条件下顺序热辊压，得到经平整处理的固态电解质膜成品。
作为进一步改进方案，所述无纺布材质为PP或PET或D1，其厚度25～100μm、孔隙率60～80%、等效孔径70～500μm。
作为进一步改进方案，所述料槽为长度至少0.5m的矩形开口槽，槽内内蓄聚合物溶液深度至少0.3m。
本发明与现有技术相比，具有以下积极效果：
1、采用浸涂法，有利于聚合物溶液渗入无纺布的孔隙中，可直接消除内部空隙，再加上后续实施的烘干、热辊压工艺，促使两者结合成固态电解质膜，该膜经热辊压后组织更致密、表面更平整，配套安装时固态电解质膜与电极充分贴合，此种固固界面之间的接触电阻值很小，制成的固态蓄电池性能优。
2、所用无纺布在固态电解质膜中起到骨架作用，可显著提升固态电解质膜的力学性能，特别是拉伸强度和韧性有大幅提升，此效果可降低装配过程中的破碎率，从而可节省生产成本。
3、以带状无纺布为载体的固态电解质在，便于在生产过程集中卷绕或施放，此种结构特别适合大批量生产配套。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步本发明。
实施例1
固态电解质膜制备方示，它包括无纺布浸涂聚合物溶液、烘干、热辊压等工序，具体制备方法按下列步骤进行：
a、将按既定配方配置的聚合物溶液注入料槽中，本实施例所用料槽是一种长0.5m的矩形开口槽，槽内内蓄聚合物溶液深度为0.3m；
b、在料槽进口端架设卷绕的带状无纺布，本实施例所用无纺布为PP材质，其厚度25μm、孔隙率60%、等效孔径70μm；
c、顺序施放的无纺布浸泡在料槽内蓄的聚合物溶液中，本实施例无纺布以1.0m/min速度通过料槽；
d、在料槽出口端预置刮刀，用刮刀刮掉沾附在无纺布面上的聚合物溶液浮液；
e、带状无纺布在浸涂了聚合物溶液后，顺序进入烘道，在60℃±3℃的环境中烘干转化成固态电解质膜坯料；
f、取用固态电解质膜坯料，在轧辊温度60℃条件下顺序热辊压，得到经平整处理的固态电解质膜成品。
实施例2
a、将按既定配方配置的聚合物溶液注入料槽中，本实施例所用料槽是一种长0.8m的矩形开口槽，槽内内蓄聚合物溶液深度为0.6m；
b、在料槽进口端架设卷绕的带状无纺布，本实施例所用无纺布为PET材质，其厚度25μm、孔隙率65%、等效孔径100μm；
c、顺序施放的无纺布浸泡在料槽内蓄的聚合物溶液中，本实施例无纺布以4.5m/min速度通过料槽；
d、在料槽出口端预置刮刀，用刮刀刮掉沾附在无纺布面上的聚合物溶液浮液；
e、带状无纺布在浸涂了聚合物溶液后，顺序进入烘道，在60℃±3℃的环境中烘干转化成固态电解质膜坯料；
f、取用固态电解质膜坯料，在轧辊温度70℃条件下顺序热辊压，得到经平整处理的固态电解质膜成品。
实施例3
a、将按既定配方配置的聚合物溶液注入料槽中，本实施例所用料槽是一种长1.0m的矩形开口槽，槽内内蓄聚合物溶液深度为0.6m；
b、在料槽进口端架设卷绕的带状无纺布，本实施例所用无纺布为PET材质，其厚度32μm、孔隙率70%、等效孔径200μm；
c、顺序施放的无纺布浸泡在料槽内蓄的聚合物溶液中，本实施例无纺布以7.0m/min速度通过料槽；
d、在料槽出口端预置刮刀，用刮刀刮掉沾附在无纺布面上的聚合物溶液浮液；
e、带状无纺布在浸涂了聚合物溶液后，顺序进入烘道，在60℃±3℃的环境中烘干转化成固态电解质膜坯料；
f、取用固态电解质膜坯料，在轧辊温度80℃条件下顺序热辊压，得到经平整处理的固态电解质膜成品。
实施例4
a、将按既定配方配置的聚合物溶液注入料槽中，本实施例所用料槽是一种长1.2m的矩形开口槽，槽内内蓄聚合物溶液深度为0.8m；
b、在料槽进口端架设卷绕的带状无纺布，本实施例所用无纺布为PI材质，其厚度100μm、孔隙率80%、等效孔径500μm；
c、顺序施放的无纺布浸泡在料槽内蓄的聚合物溶液中，本实施例无纺布以10m/min速度通过料槽；
d、在料槽出口端预置刮刀，用刮刀刮掉沾附在无纺布面上的聚合物溶液浮液；
e、带状无纺布在浸涂了聚合物溶液后，顺序进入烘道，在60℃±3℃的环境中烘干转化成固态电解质膜坯料；
f、取用固态电解质膜坯料，在轧辊温度100℃条件下顺序热辊压，得到经平整处理的固态电解质膜成品。
本发明的创新主要体现在用无纺布浸涂聚合物溶液，然后经烘干和热辊压制备出组织致密、表面平整的固态电解质膜。此种表面平整的固态电解质膜与电极材料贴靠性质的结合，形成的固固界面内阻非常小，而且离子电导率也很低。再加上所用无纺布在固态电解质膜中起到骨架作用，因此固态电解质膜的力学性能也很好，特别是拉伸强度和韧性有大幅提升，此效果可降低装配过程中的破碎率，从而节省生产成本。本发明制成的产品为带状，生产过程中便于集中卷绕或施放作业，特别适合批量生产配套。

Claims (4)

1.一种固态电解质膜制备方法，其特征在于：它包括无纺布浸涂聚合物溶液、烘干、热辊压等工序，具体制备方法按下列步骤进行：
a、将按既定配方配置的聚合物溶液注入料槽中；
b、在料槽进口端架设卷绕的带状无纺布；
c、顺序施放的无纺布浸泡在料糟内蓄的聚合物溶液中，并以1.0～10 m/min速度通过料槽；
d、在料槽出口端预置刮刀，用刮刀刮掉沾附在无纺布面上的聚合物溶液浮液；
e、带状无纺布浸涂了聚合物溶液后，顺序进入烘道，在60℃±3℃的环境中烘干转化成固态电解质膜成坯料；
f、取用固态电解质膜坯料，在轧辊温度60℃～100℃条件下顺序热辊压，得到经平整处理的固态电解质膜成品。
2.根据权利要求1所述的固态电解质膜制备方法，其特征在于：所述无纺布厚25～100μm、孔隙率60～80%、等效孔径70～500μm。
3.根据权利要求1或2所述的固态电解质膜制备方法，其特征在于：所述无纺布材质为PP或PET或PI。
4.根据权利要求1所述的固态电解质膜制备方法，其特征在于：所述料槽为长度至少0.5m的矩形开口槽，槽内内蓄聚合物溶液深度至少0.3m。
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