CN109742302A - 高电解液润湿性的锂离子电池隔膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池隔膜领域，具体涉及一种高电解液润湿性的锂离子电池隔膜及其制备方法。其中本锂离子电池隔膜包括：聚烯烃微孔膜基体，以及包覆在聚烯烃微孔膜基体表面的亲酯性高分子涂层，大大提升了电解液对隔膜的润湿速度，提高电解液在隔膜上的润湿均匀性，防止锂离子电池装配过程中因电解液润湿不良导致的隔膜起皱，降低了锂离子电池短路的风险。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池隔膜领域，具体涉及一种高电解液润湿性的锂离子电池隔膜及其制备方法。
背景技术
近年来，在各国政府持续政策引导和支持下，全球新能源汽车行业高速发展，国内新能源汽车行业呈爆发式增长。新能源汽车行业的迅速扩张会直接带动锂离子电池需求的高速增长，2017年国内需求量达37GWh，到2020年锂离子电池需求量将达到122.1GWh。锂离子电池市场的快速发展带动了隔膜的市场需求，同时也是对隔膜提出了更高的要求。
锂离子电池隔膜处于电池正极和负极之间，起到隔断电池正、负极，防止电池内部短路，同时，允许电解液中锂离子自由穿过，保证电池充放电，是锂离子电池核心部件之一，其性能的好坏对锂电池的整体性能有着非常重要的影响。在锂离子电池装配过程中，需要向电池内部注入电解液，电解液的主要溶剂为碳酸乙烯酯类化合物。传统的锂离子电池隔膜，其材质多为聚丙烯、聚乙烯等，其对电解液的润湿性能差，生产过程中往往需要花费较长时间，让电解液充分润湿隔膜。若电解液对隔膜的润湿不充分，未充分润湿处的隔膜极易起皱，后期存在电池短路的风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池隔膜，以解决因电解液润湿性能差引起的褶皱问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池隔膜，包括：聚烯烃微孔膜基体，以及包覆在聚烯烃微孔膜基体表面的亲酯性高分子涂层。
进一步，所述聚烯烃微孔膜基体包括：聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜中的至少一种。
进一步，所述聚烯烃微孔膜基体的厚度为10-50μm，孔隙率为30-60％，孔径为10-60nm。
进一步，所述亲酯性高分子涂层包括：酯类高分子化合物、乙烯基吡络烷酮、引发剂和交联剂；以及四者的质量比依次为5-20：75-90：0.05-0.5：0.1-1。
进一步，所述酯类高分子化合物包括：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯中的一种或几种。
进一步，所述引发剂包括：过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或几种。
进一步，所述交联剂包括：甲基丙烯酸烯丙酯和乙二醇二甲基丙烯酸酯；以及二者的质量比为5-15：1。
进一步，所述亲酯性高分子涂层为液体，适于涂覆并固化在聚烯烃微孔膜基体的表面。
进一步，所述涂覆的方式包括：浸渍、喷涂、辊涂中的任一种；所述固化的方式包括：紫外光照射、热处理中的任一种。
又一方面，本发明还提供了一种锂离子电池隔膜的制备方法，包括：通过聚烯烃树脂制备流延铸片；将亲酯性高分子涂层涂覆在流延铸片上并固化，制备出聚烯烃中间体膜；将多个聚烯烃中间体膜进行预贴合，制备出聚烯烃预贴合膜组；将多个聚烯烃预贴合膜组进行进一步贴合，形成贴合后的聚烯烃中间体膜；进行再结晶退火处理；以及纵向拉伸，制备出所述锂离子电池隔膜。
本发明的有益效果是，本发明的锂离子电池隔膜通过在聚烯烃微孔膜基体表面包覆一层亲酯性高分子涂层，可大大提升电解液对隔膜的润湿速度，提高电解液在隔膜上的润湿均匀性，防止锂离子电池装配过程中因电解液润湿不良导致的隔膜起皱，降低锂离子电池短路的风险。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的离子电池隔膜的结构示意图；
图2是本发明的聚烯烃微孔膜基体的电镜图；
图中：聚烯烃微孔膜基体1，酯性高分子涂层2。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种锂离子电池隔膜，包括：聚烯烃微孔膜基体1，以及包覆在聚烯烃微孔膜基体1表面的亲酯性高分子涂层2。
可选的，所述亲酯性高分子涂层为混合液体，适于涂覆并固化在聚烯烃微孔膜基体的表面。以及所述涂覆的方式包括：浸渍、喷涂、辊涂中的任一种；所述固化的方式包括：紫外光照射、热处理中的任一种，以提高亲酯性高分子涂层与聚烯烃微孔膜基体结合度。
本实施例1的锂离子电池隔膜通过在聚烯烃微孔膜基体表面包覆一层亲酯性高分子涂层，可大大提升电解液对隔膜的润湿速度，提高电解液在隔膜上的润湿均匀性，防止锂离子电池装配过程中因电解液润湿不良导致的隔膜起皱，降低锂离子电池短路的风险。
作为聚烯烃微孔膜基体的一种可选的实施方式。
所述聚烯烃微孔膜基体包括：聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜中的至少一种。经过熔融流延铸片后，退火处理并沿纵向拉伸得到聚烯烃微孔膜基体。
可选的，所述聚烯烃微孔膜基体的厚度控制在10-50μm，优选为15μm、25μm、40μm；见图2，所述聚烯烃微孔膜基体上的孔隙率为30-60％，优选为40％、50％；以及孔径为10-60nm，优选为20nm、35nm、50nm。
本实施方式的聚烯烃微孔膜基体选用聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜中的至少一种并经过熔融流延铸片后，退火处理并沿纵向拉伸制备，既可以排出成型过程中的废气，降低了褶皱机率，又提高了产品得率。
作为亲酯性高分子涂层的一种可选的实施方式。
所述亲酯性高分子涂层包括：酯类高分子化合物、乙烯基吡络烷酮、引发剂和交联剂；以及四者的质量比依次为5-20：75-90：0.05-0.5：0.1-1，优选质量比为10：80：0.2：0.5或15：85：0.35：0.8。
可选的，所述酯类高分子化合物包括：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯中的一种或几种。
可选的，所述引发剂包括：过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或几种。
可选的，所述交联剂包括：甲基丙烯酸烯丙酯和乙二醇二甲基丙烯酸酯；以及二者的质量比为5-15：1，优选质量比为9：1或12：1。
本实施方式的亲酯性高分子涂层将酯类高分子化合物、乙烯基吡络烷酮、引发剂和交联剂通过一定比例形成混合液体，然后涂覆在聚烯烃微孔膜基体表面，可以使亲酯性高分子涂层牢固的结合在聚烯烃微孔膜基体表面，提高电解液对隔膜的润湿性。
进一步，所述亲酯性高分子涂层为液体，适于涂覆并固化在聚烯烃微孔膜的表面。
可选的，所述涂覆的方式包括：浸渍、喷涂、辊涂中的任一种；所述固化的方式包括：紫外光照射、热处理中的任一种。
综上所述，本锂离子电池隔膜将亲酯性高分子涂层涂覆固化在聚烯烃微孔膜基体表面，形成包覆层，既可以保证亲酯性高分子涂层与聚烯烃微孔膜基体的牢固结合，又可以大大提升电解液对隔膜的润湿速度，提高电解液在隔膜上的润湿均匀性，防止锂离子电池装配过程中因电解液润湿不良导致的隔膜起皱，降低锂离子电池短路的风险；同时，聚烯烃微孔膜基体经过熔融流延铸片后，退火处理并沿纵向拉伸制备，既可以排出成型过程中的废气，降低了褶皱机率，又提高了产品得率。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例2提供了一种锂离子电池隔膜的制备方法，包括：通过聚烯烃树脂制备流延铸片；将亲酯性高分子涂层涂覆在流延铸片上并固化，制备出聚烯烃中间体膜；将多个聚烯烃中间体膜进行预贴合，制备出聚烯烃预贴合膜组；将多个聚烯烃预贴合膜组进行进一步贴合，形成贴合后的聚烯烃中间体膜层；进行再结晶退火处理；以及纵向拉伸，制备出所述锂离子电池隔膜。
一般的，锂离子电池隔膜生产过程中，为了提高生产产能，降低生产成本，往往同时对多层聚烯烃流延铸片进行拉伸，这就涉及到多层流延铸片贴合时的褶皱问题。褶皱产生的根本原因多为膜层之间的排气不良。如果直接将多层聚烯烃流延铸片进行贴合，后经牵伸辊挤压热定型，仅存在一次贴合排气，排气效果差，易产生褶皱。在后续分层过程中，褶皱部位引发产品挑丝、破膜等缺陷，降低了产品得率。
因此，本制备方法首先将亲酯性高分子涂层涂覆在单个流延铸片上并固化，制备出聚烯烃中间体膜；然后通过控制贴合温度和贴合层数，先进行少数层的预贴合，先排出膜层中的大部分气体，同时也可以保证聚烯烃中间体膜表面的平整度，提高贴合质量；其次将多个预贴合膜组进行进一步贴合，形成贴合后的聚烯烃中间体膜层；再次将聚烯烃中间体膜层进行再结晶退火处理；最后纵向拉伸，制备出所述锂离子电池隔膜。既解决了因电解液润湿性能差，导致电池装配过程中的隔膜起皱的问题，也解决锂离子电池隔膜生产过程中因排气不良，导致贴合时的褶皱问题，提高了产品得率。
关于锂离子电池隔膜的具体结构及组成含量参见实施例1的相关论述，此处不再赘述。
实施例3
在实施例2的基础上，本实施例3提供了制备锂离子电池隔膜的第一种可选的实施方式，具体如下：
(1)将聚丙烯微孔膜进行熔融挤出，制备流延铸片，熔融挤出温度为180℃-260℃。
(2)将甲基丙烯酸甲酯、乙烯基吡络烷酮、过氧化二苯甲酰和交联剂按质量比为5：75：0.05：0.1配成混合液体，通过浸渍、喷涂或辊涂工艺喷涂在流延铸片，然后经紫外光照射或热处理交联固化，使其表面包覆一层亲酯性高分子涂层；其中，交联剂中甲基丙烯酸烯丙酯与乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量比为5：1。
(3)将聚烯烃中间体膜，经复合工艺，每2-6层进行预贴合，制备出聚烯烃预贴合膜组。
(4)将多个聚烯预贴合膜组，在牵伸设备上进一步贴合，形成贴合后聚烯烃膜层，其贴合温度为120-160℃，总层数为10-40层。
(5)将贴合后的聚烯烃中间体膜层经再结晶退火处理，退火温度为130℃-160℃。
(6)将退火处理后的聚烯烃中间体膜层进行纵向拉伸，拉伸倍率为1.5-4倍，控制聚烯烃微孔膜的厚度为10μm，孔隙率为30％，孔径为10nm，制备出表面包覆有亲酯性高分子涂层的聚烯烃微孔膜。
实施例4
在实施例2的基础上，本实施例4提供了制备锂离子电池隔膜的第二种可选的实施方式，具体如下：
(1)将聚乙烯微孔膜进行熔融挤出，制备流延铸片，熔融挤出温度为180℃-260℃。
(2)将甲基丙烯酸乙酯、乙烯基吡络烷酮、过氧化二苯甲酰和交联剂按质量比为20：90：0.5：1配成混合液体，通过浸渍、喷涂或辊涂工艺喷涂在流延铸片，然后经紫外光照射或热处理交联固化，使其表面包覆一层亲酯性高分子涂层；其中，交联剂中甲基丙烯酸烯丙酯与乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量比为15：1。
(3)将聚烯烃中间体膜，经复合工艺，每2-6层进行预贴合，制备出聚烯烃预贴合膜组。
(4)将多个聚烯预贴合膜组，在牵伸设备上进一步贴合，形成贴合后聚烯烃膜层，其贴合温度为120℃-160℃，总层数为10-40层。
(5)将贴合后的聚烯烃中间体膜层经再结晶退火处理，退火温度为130℃-160℃。
(6)将退火处理后的聚烯烃中间体膜层进行纵向拉伸，拉伸倍率为1.5-4倍，控制聚烯烃微孔膜的厚度为50μm，孔隙率为60％，孔径为60nm，制备出表面包覆有亲酯性高分子涂层的聚烯烃微孔膜。
实施例5
在实施例2的基础上，本实施例5提供了制备锂离子电池隔膜的第三种可选的实施方式，具体如下：
(1)将聚偏氟乙烯微孔膜进行熔融挤出，制备流延铸片，熔融挤出温度为180℃-260℃。
(2)将甲基丙烯酸丙酯、乙烯基吡络烷酮、过氧化二苯甲酰和交联剂按质量比为10：80：0.2：0.5配成混合液体，通过浸渍、喷涂或辊涂工艺喷涂在流延铸片，然后经紫外光照射或热处理交联固化，使其表面包覆一层亲酯性高分子涂层；其中，交联剂中甲基丙烯酸烯丙酯与乙二醇二甲基丙烯酸酯的质量比为9：1。
(3)将聚烯烃中间体膜，经复合工艺，每2-6层进行预贴合，制备出聚烯烃预贴合膜组。
(4)将多个聚烯预贴合膜组，在牵伸设备上进一步贴合，形成贴合后聚烯烃膜层，其贴合温度为120℃-160℃，总层数为10-40层；
(5)将贴合后的聚烯烃中间体膜层经再结晶退火处理，退火温度为130℃-160℃。
(6)将退火处理后的聚烯烃中间体膜层进行纵向拉伸，拉伸倍率为1.5-4倍，控制聚烯烃微孔膜的厚度为25μm，孔隙率为50％，孔径为35nm，制备出表面包覆有亲酯性高分子涂层的聚烯烃微孔膜。
实施例6
本申请的制备方法包含了多种实施方式，由于篇幅原因，只在实施例3-5列举了的部分实施方式，至于其他实施方式中用到的主要组分及用量如表1所示，聚烯烃微孔膜的参数如表2所示，具体操作过程参见实施例3-5任一实施例中的相关论述，在此不再赘述。
表1制备方法中的主要组分及用量
表1中各组分均为重量份组成。
表2聚烯烃微孔膜的参数
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种锂离子电池隔膜，其特征在于，包括：
聚烯烃微孔膜基体，以及包覆在聚烯烃微孔膜基体表面的亲酯性高分子涂层。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，
所述聚烯烃微孔膜基体包括：聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜、聚偏氟乙烯微孔膜中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的离子电池隔膜，其特征在于，
所述聚烯烃微孔膜基体的厚度为10-50μm，孔隙率为30-60%，孔径为10-60nm。
4.根据权利要求1所述的离子电池隔膜，其特征在于，
所述亲酯性高分子涂层包括：酯类高分子化合物、乙烯基吡络烷酮、引发剂和交联剂；以及
四者的质量比依次为5-20：75-90：0.05-0.5：0.1-1。
5.根据权利要求4所述的离子电池隔膜，其特征在于，
所述酯类高分子化合物包括：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的离子电池隔膜，其特征在于，
所述引发剂包括：过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的离子电池隔膜，其特征在于，
所述交联剂包括：甲基丙烯酸烯丙酯和乙二醇二甲基丙烯酸酯；以及
二者的质量比为5-15：1。
8.根据权利要求1所述的离子电池隔膜，其特征在于，
所述亲酯性高分子涂层为液体，适于涂覆并固化在聚烯烃微孔膜基体的表面。
9.根据权利要求8所述的离子电池隔膜，其特征在于，
所述涂覆的方式包括：浸渍、喷涂、辊涂中的任一种；
所述固化的方式包括：紫外光照射、热处理中的任一种。
10.一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括：
通过聚烯烃树脂制备流延铸片；
将亲酯性高分子涂层涂覆在流延铸片上并固化，制备出聚烯烃中间体膜；
将多个聚烯烃中间体膜进行预贴合，制备出聚烯烃预贴合膜组；
将多个聚烯烃预贴合膜组进行进一步贴合，形成贴合后的聚烯烃中间体膜；
进行再结晶退火处理；以及
纵向拉伸，制备出所述锂离子电池隔膜。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190510 |