CN109004149B - 一种锂离子电池隔膜制作方法 - Google Patents

一种锂离子电池隔膜制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池隔膜的制备方法，该方法通过如下步骤实现：步骤一、将纸浆与去离子水加入搅拌机中进行混合搅拌，制得纸浆混合液；步骤二、将上述制得的纸浆混合液转至研磨机中进行研磨；步骤三、将上述制得的研磨后的纸浆混合液转至搅拌机中进行搅拌，制得隔膜浆料；步骤四、向上述制得的隔膜浆料中加入添加剂，继续搅拌，制得预涂布浆料；步骤五、对上述制得的预涂布浆料进行涂布；步骤六、对上述涂布后纸膜进行辊压，制得锂离子电池隔膜。本发明通过采用纸浆代替传统用聚丙乙烯、聚乙烯材料制成的电池隔膜，有效的提高了电池隔膜的注液速度、卷芯的吸液速度以及卷芯的保液量；本发明制备工艺简单，生产流程短，生产成本低。

Description

一种锂离子电池隔膜制作方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造领域，涉及一种锂离子电池隔膜的制备方法。
背景技术
随着电动汽车、储能行业的大力发展，大容量、长寿命、高安全、快速充电的锂离子电池的研发受到广大的关注；锂离子电池具有高能量密度、循环寿命长、无记忆效应的特性，又具有安全、对环境友好、可靠且能快速充放电等优点，因而成为近年来技术研究的热点；隔膜是锂离子电池的一个关键组件，起防止正负极短路，提供离子运输通道的作用。目前商品化的隔膜多以聚丙乙烯(PP)、聚乙烯(PE)等聚合材料来制备电池隔膜，这类电池隔膜在卷绕过程中易发生断裂断，在受到高温时易收缩，故在电池注液前烘烤的温度不能太高，一旦过高，隔膜就会严重收缩导致电池短路，影响电池的安全性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种锂离子电池隔膜的制备方法，解决了现有技术中在卷绕过程中隔膜易断、注液速度慢、电池电化学及安全性能低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种锂离子电池隔膜的制备方法，该方法通过如下步骤实现：
步骤一、将纸浆与去离子水加入搅拌机中进行混合搅拌，制得纸浆混合液；
步骤二、将步骤一制得的纸浆混合液转至研磨机中进行研磨至纸浆直径为0.5～1μm，长度为5～20μm，制得研磨后的纸浆混合液；
步骤三、将步骤二制得的研磨后的纸浆混合液转至搅拌机中进行搅拌，制得隔膜浆料；
步骤四、向步骤三制得的隔膜浆料中加入添加剂，继续搅拌，制得预涂布浆料；
步骤五、将步骤四制得的预涂布浆料转至涂布机中进行涂布，制得涂布后的纸膜；
步骤六、对步骤五制得的涂布后的纸膜进行辊压，制得锂离子电池隔膜。
优选地，所述步骤一中，所述纸浆混合液中纸浆的固含量为30～50％。
优选地，所述步骤一中，所述搅拌机为双行星搅拌机，所述双行星搅拌机的公转速度为5～10m/s，分散速度为10～15m/s。
优选地，所述步骤二中，所述研磨时间为120～300min。
优选地，所述骤三中，所述搅拌机为双行星搅拌机，所述双行星搅拌机的公转速度为10～20m/s，分散速度为15～25m/s，搅拌时间为60～120min。
优选地，所述步骤四中，所述添加剂的质量与研磨后的纸浆的固含量的百分比为3～10％。
优选地，所述步骤四中，所述添加剂为氟代聚乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种。
优选地，所述步骤四中，所述双行星搅拌机的公转速度为10～20m/s，分散速度为15～25m/s，所述搅拌时间为60～300min。
优选地，所述步骤五中，涂布后的纸膜的厚度为20～50μm。
优选地，所述步骤六中，隔膜的厚度为16～40μm。
与现有技术相比，本发明通过采用纸浆代替传统用聚丙乙烯(PP)、聚乙烯(PE)材料制成的电池隔膜，有效的提高了电池隔膜的注液速度、卷芯的吸液速度以及卷芯的保液量；通过加入添加剂氟代聚乙烯或聚四氟乙烯，有效的提高了隔膜的拉伸强度，同时也降低了隔膜在卷绕过程中隔膜易断的问题；本发明制得的电池隔膜，可承受更高的温度而不进行收缩，从而有效的防止了因受到高温时收缩导致电池短路，影响电池的安全性能的问题；本发明制得的电池隔膜，在电池注液前烘烤温度由现有的85℃提高到了135℃，有效的提高了电池注液前烘烤效率；
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种锂离子电池隔膜的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种锂离子电池隔膜的制备方法，该方法通过如下步骤实现：
步骤一、将固含量为30～50％的纸浆与去离子水加入双行星搅拌机中，并在公转速度为5～10m/s、分散速度为10～15m/s的条件下进行混合搅拌，制得纸浆混合液；
步骤二、将步骤一制得的纸浆混合液转至研磨机中进行研磨至纸浆直径为0.5～1μm，长度为5～20μm，制得研磨后的纸浆混合液；
步骤三、将步骤二制得的研磨后的纸浆混合液转至双行星搅拌机中，并在公转速度为10～20m/s、分散速度为15～25m/s的条件下进行搅拌，制得隔膜浆料；
步骤四、向步骤三制得的隔膜浆料中加入添加剂，继续在公转速度为10～20m/s、分散速度为15～25m/s的条件下搅拌60～300min，制得预涂布浆料；其中添加剂的质量与研磨后的纸浆的固含量的百分比为3～10％；其中添加剂为氟代聚乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种；
步骤五、将步骤四制得的预涂布浆料转至涂布机中进行涂布，制得涂布后厚度为20～50μm的纸膜；
步骤六、对步骤五制得的涂布后的纸膜进行辊压，制得厚度为16～40μm的锂离子电池隔膜。
同现有技术相比，本发明通过采用纸浆代替传统用聚丙乙烯(PP)、聚乙烯(PE)材料制成的电池隔膜：1)改善了隔膜的拉伸强度，降低纯纸隔膜在卷绕过程中隔膜易断的问题；2)改善了用聚丙乙烯(PP)、聚乙烯(PE)材质的制成的电池隔膜注液速度慢的问题，有效的提高卷芯的吸液速度及卷芯的保液量；3)有效提高了电池注液前烘烤效率和电池安全系数，由于传统隔膜聚丙乙烯(PP)、聚乙烯(PE)在受到高温时易收缩，导致电池短路，影响电池安全性能，故在电池注液前烘烤温度不得超过85℃，本发明所生产的隔膜在电池注液前烘烤温度可提高到135℃，提高了电池的安全性能。
实施例1
步骤一、将固含量为35％的纸浆与去离子水加入双行星搅拌机中，并在公转速度为8m/s、分散速度为12m/s的条件下进行混合搅拌，制得纸浆混合液；
步骤二、将步骤一制得的纸浆混合液转至研磨机中进行研磨至纸浆直径为0.8μm，长度为7μm，制得研磨后的纸浆混合液；
步骤三、将步骤二制得的研磨后的纸浆混合液转至双行星搅拌机中，并在公转速度为20m/s、分散速度为17m/s的条件下进行搅拌，制得隔膜浆料；
步骤四、向步骤三制得的隔膜浆料中加入氟代聚乙烯(PDFE)溶液，继续在公转速度为10m/s、分散速度为15m/s的条件下搅拌120min，制得预涂布浆料，其中氟代聚乙烯(PDFE)的质量与研磨后的纸浆的固含量的百分比为5％；
步骤五、将步骤四制得的预涂布浆料转至涂布机中进行涂布并控制涂布后的纸膜厚度为40μm；
步骤六、对步骤五制得的涂布后的纸膜进行辊压，辊压到厚度为32μm，制得锂离子电池隔膜。
实施例2
步骤一、将固含量为35％的纸浆与去离子水加入双行星搅拌机中，并在公转速度为8m/s、分散速度为12m/s的条件下进行混合搅拌，制得纸浆混合液；
步骤二、将步骤一制得的纸浆混合液转至研磨机中进行研磨至纸浆直径为0.8μm，长度为5μm，制得研磨后的纸浆混合液；
步骤三、将步骤二制得的研磨后的纸浆混合液转至双行星搅拌机中，并在公转速度为20m/s、分散速度为17m/s的条件下进行搅拌，制得隔膜浆料；
步骤四、向步骤三制得的隔膜浆料中加入聚四氟乙烯(PTFE)溶液，继续在公转速度为10m/s、分散速度为15m/s的条件下搅拌120min，制得预涂布浆料；其中聚四氟乙烯(PTFE)的质量与研磨后的纸浆的固含量的百分比为5％；
步骤五、将步骤四制得的预涂布浆料转至涂布机中进行涂布并控制涂布后的纸膜厚度为40μm；
步骤六、对步骤五制得的涂布后的纸膜进行辊压，辊压到厚度为32μm，制得锂离子电池隔膜。
实施例3
步骤一、将固含量为30％的纸浆与去离子水加入双行星搅拌机中，并在公转速度为5m/s、分散速度为10m/s的条件下进行混合搅拌，制得纸浆混合液；
步骤二、将步骤一制得的纸浆混合液转至研磨机中进行研磨至纸浆直径为0.5μm，长度为5μm，制得研磨后的纸浆混合液；
步骤三、将步骤二制得的研磨后的纸浆混合液转至双行星搅拌机中，并在公转速度为10m/s、分散速度为15m/s的条件下进行搅拌，制得隔膜浆料；
步骤四、向步骤三制得的隔膜浆料中加入氟代聚乙烯(PDFE)溶液，继续在公转速度为15m/s、分散速度为15m/s的条件下搅拌60min，制得预涂布浆料；其中氟代聚乙烯(PDFE)的质量与研磨后的纸浆的固含量的百分比为3％；
步骤五、将步骤四制得的预涂布浆料转至涂布机中进行涂布并控制涂布后的纸膜厚度为30μm；
步骤六、对步骤五制得的涂布后的纸膜进行辊压，辊压到厚度为30μm，制得锂离子电池隔膜。
实施例4
步骤一、将固含量为50％的纸浆与去离子水加入双行星搅拌机中，并在公转速度为10m/s、分散速度为15m/s的条件下进行混合搅拌，制得纸浆混合液；
步骤二、将步骤一制得的纸浆混合液转至研磨机中进行研磨至纸浆直径为0.5μm，长度为15μm，制得研磨后的纸浆混合液；
步骤三、将步骤二制得的研磨后的纸浆混合液转至双行星搅拌机中，并在公转速度为20m/s、分散速度为25m/s的条件下进行搅拌，制得隔膜浆料；
步骤四、向步骤三制得的隔膜浆料中加入聚四氟乙烯(PTFE)溶液，继续在公转速度为20m/s、分散速度为25m/s的条件下搅拌300min，制得预涂布浆料；其中聚四氟乙烯(PTFE)的质量与研磨后的纸浆的固含量的百分比为10％；
步骤五、将步骤四制得的预涂布浆料转至涂布机中进行涂布并控制涂布后的纸膜厚度为50μm；
步骤六、对步骤五制得的涂布后的纸膜进行辊压，辊压到厚度为40μm，制得锂离子电池隔膜。
对实施例1至实施例4制得的隔膜分别进行分切，并进行电化学性能测试，其结果如下表1所示：
表1.本发明实施例制得的隔膜的电化学性能对比结果
Figure BDA0001315824050000061
注：对比例是采用PE制成的电池隔膜
由表1可以看出本发明制得的隔膜的透气率、纵向拉伸强度、纵向收缩、穿刺强度与对比例(现有技术)制得的隔膜的透气率、纵向拉伸强度、纵向收缩、穿刺强度相比，本发明制得的隔膜的透气率、纵向拉伸强度、纵向收缩、穿刺强度均低于对比例制得的隔膜的透气率、纵向拉伸强度、纵向收缩、穿刺强度；本发明制得的隔膜的横向拉伸强度、横向收缩与对比例制得的隔膜的横向拉伸强度、横向收缩相比，本发明制得的隔膜的横向拉伸强度、横向收缩性要高于对比例制得的隔膜的横向拉伸强度和横向收缩性。
对实施例2制得的隔膜以及现有的PE膜分别进行TD吸液高度和MD吸液高度的检测，其结果如下表1所示：
表2.本发明实施例2制得的隔膜的TD吸液高度与现有隔膜的TD吸液高度的对比结果
Figure BDA0001315824050000071
表3.本发明实施例2制得的隔膜的MD吸液高度与现有隔膜的MD吸液高度的对比结果
Figure BDA0001315824050000072
由表1、表2可以看出本发明制得的隔膜的TD吸液高度和MD吸液高度在相同的时间点上均要高于现有的PE隔膜的TD吸液高度和MD吸液高度
另外，现有技术中，PP、PE、和PP复合膜不易断但是注液吸液性较差，纸质隔膜由于目前拉伸强度低穿刺强度低等原因，导致隔膜在卷绕过程中易断裂；本发明借助添加剂(氟代聚乙烯和聚四氟乙烯)的抗拉力作用来提高纸膜的拉力强度及穿刺强度，添加剂(氟代聚乙烯和聚四氟乙烯)对于此方案也是一种粘接剂。
与现有技术相比，本发明通过采用纸浆代替传统用聚丙乙烯(PP)、聚乙烯(PE)材料制成的电池隔膜，有效的提高了电池隔膜的注液速度、卷芯的吸液速度以及卷芯的保液量；通过加入添加剂氟代聚乙烯或聚四氟乙烯，有效的提高了隔膜的拉伸强度，同时也降低了隔膜在卷绕过程中隔膜易断的问题；本发明制得的电池隔膜，可承受更高的温度而不进行收缩，从而有效的防止了因受到高温时收缩导致电池短路，影响电池的安全性能的问题；本发明制得的电池隔膜，在电池注液前烘烤温度由现有的85℃提高到了135℃，有效的提高了电池注液前烘烤效率；本发明制备工艺简单，生产流程短，生产成本低。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，该方法通过如下步骤实现：
步骤一、将固含量为30～50％的纸浆与去离子水加入双行星搅拌机中，并在公转速度为5～10m/s、分散速度为10～15m/s的条件下进行混合搅拌，制得纸浆混合液；
步骤二、将步骤一制得的纸浆混合液转至研磨机中进行研磨至纸浆直径为0.5～1μm，长度为5～20μm，制得研磨后的纸浆混合液；
步骤三、将步骤二制得的研磨后的纸浆混合液转至双行星搅拌机中，并在公转速度为10～20m/s、分散速度为15～25m/s的条件下进行搅拌，制得隔膜浆料；
步骤四、向步骤三制得的隔膜浆料中加入添加剂，继续在公转速度为10～20m/s、分散速度为15～25m/s的条件下搅拌60～300min，制得预涂布浆料；其中添加剂的质量与研磨后的纸浆的固含量的百分比为3～10％；其中添加剂为氟代聚乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种；
步骤五、将步骤四制得的预涂布浆料转至涂布机中进行涂布，制得涂布后的纸膜；
步骤六、对步骤五制得的涂布后的纸膜进行辊压，制得锂离子电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，所述研磨时间为120～300min。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，所述添加剂的质量与研磨后的纸浆的固含量的百分比为3～10％。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤五中，所述涂布后的纸膜的厚度为20～50μm。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤六中，隔膜的厚度为16～40μm。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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