CN110474009A - 一种锂离子电池用无纺布基复合隔膜及其制备方法 - Google Patents

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徐鹤英
邹毅
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Abstract

本发明涉及锂离子电池隔膜技术领域，具体涉及一种锂离子电池用无纺布基复合隔膜及其制备方法。主要技术方案如下：一种锂离子电池用无纺布基复合隔膜，由聚合物、致孔剂及有机溶剂组成的铸膜液涂敷于无纺布基层表面形成。所述的聚合物为聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚砜或醋酸纤维素。所述的致孔剂为聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇2000、聚乙烯吡咯烷酮K15和聚乙烯吡咯烷酮K40中的一种或任意组合。本发明利用超薄(5～12μm)低孔隙率(50％～60％)无纺布作为基层制得的隔膜厚度薄，组装的电池内阻小；添加致孔剂通过相转化法形成的涂层孔径可控，孔隙较小且分布均匀，制得的隔膜孔隙率适中，电池内短路风险小。

Description

一种锂离子电池用无纺布基复合隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池用无纺布基复合隔膜及其制备方法，属于锂离子电池隔膜技术领域。
背景技术
锂离子电池具有重量轻、储能大、功率大等特点，在各个领域的应用也越来越广泛，它的研究和生产都取得了很大的进展。锂离子电池主要由四部分组成：正极材料、负极材料、隔膜和电解液。隔膜作为锂离子电池的关键材料之一起着分隔正负极和传输锂离子的作用。传统的聚烯烃隔膜及涂敷膜的厚度较厚，通常在15μm以上，这会使得电池的内阻较大；而利用高孔隙率(孔隙率＞60％)的无纺布制得的陶瓷涂覆或者聚合物涂覆隔膜的孔隙率较大，从而导致电池内短路风险大，高倍率放电能力差。
发明内容
为弥补现有技术的缺陷，本发明提供一种锂离子电池用无纺布基复合隔膜及其制备方法。本发明的技术方案如下：一种锂离子电池用无纺布基复合隔膜，由聚合物、致孔剂及有机溶剂组成的铸膜液涂敷于无纺布基层表面形成。
进一步的，所述的聚合物为聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚砜或醋酸纤维素。
进一步的，所述的致孔剂为聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇2000、聚乙烯吡咯烷酮K15和聚乙烯吡咯烷酮K40中的一种或任意组合。
进一步的，所述的有机溶剂为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或任意组合。
进一步的，所述的无纺布材质为聚乙烯醇缩醛、聚氨基甲酸酯或聚对苯二甲酸丁二酯。
本发明同时请求保护所述的锂离子电池用无纺布基复合隔膜的制备方法：
(1)将聚合物和致孔剂溶解于有机溶剂中，其中聚合物质量占比5％～20％，致孔剂占比0.5％～3％，有机溶剂质量占比77％～94.5％，在50℃～80℃条件下加热至完全溶解，得到铸膜液；
(2)将铸膜液在25℃下静置脱泡，时间不少于24h；
(3)利用涂覆机把铸膜液涂覆在无纺布上，无纺布厚度5μm～12μm，孔隙率50％～60％，涂覆层厚度5μm～10μm；
(4)将涂覆的无纺布置于25℃～40℃凝固浴中转化成型，时间不少于12h；
(5)最后置于干燥箱中在50℃～90℃下干燥10min～60min，即得锂离子电池用无纺布基复合隔膜。
进一步的，所述的凝固浴为一级水、甲醇、乙醇中的一种或任意组合。
本发明的有益效果如下：本发明利用超薄(5～12μm)低孔隙率(50％～60％)无纺布作为基层制得的隔膜厚度薄，组装的电池内阻小；添加致孔剂通过相转化法形成的涂层孔径可控，孔隙较小且分布均匀，制得的隔膜孔隙率适中，电池内短路风险小；厚度较薄、孔隙率适中的隔膜使得电池在高倍率条件下容量保持率高，放电能力好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明和解释，若无特殊说明，本发明所用原料及设备均为本领域的常规技术。
实施例1
取15g聚醚砜、1g聚乙二醇600于84g的二甲基亚砜中，在60℃条件下加热至完全溶解，得铸膜液，然后将铸膜液在25℃下静置脱泡24h。取聚乙烯醇缩醛无纺布基层(10μm厚，孔隙率60％)，利用涂覆机把铸膜液涂覆在无纺布上，涂覆层厚度10μm，然后将涂覆好的隔膜置于25℃的一级水中浸泡12h。取出隔膜，在干燥箱中于90℃干燥60min，得无纺布基复合隔膜。
实施例2
取5g聚酰胺、1g聚乙二醇400、1g聚乙烯吡咯烷酮K40于93g的N-甲基吡咯烷酮中，在70℃条件下加热至完全溶解，得铸膜液，然后将铸膜液在25℃下静置脱泡24h。取聚氨基甲酸酯无纺布基层(5μm厚，孔隙率60％)，利用涂覆机把铸膜液涂覆在无纺布上，涂覆层厚度8μm，然后将涂覆好的隔膜置于30℃的乙醇与一级水按1：1混合的溶液中浸泡12h。取出隔膜，在干燥箱中于70℃干燥30min，得无纺布基复合隔膜。
实施例3
取10g醋酸纤维素、0.5g聚乙二醇2000于89.5g的N,N-二甲基甲酰胺中，在50℃条件下加热至完全溶解，得铸膜液，然后将铸膜液在25℃下静置脱泡24h。取聚对苯二甲酸丁二酯无纺布基层(12μm厚，孔隙率50％)，利用涂覆机把铸膜液涂覆在无纺布上，涂覆层厚度5μm，然后将涂覆好的隔膜置于40℃的一级水中浸泡12h。取出隔膜，在干燥箱中于80℃干燥50min，得无纺布基复合隔膜。
实施例4
取20g聚醚砜、1g聚乙二醇600、2g聚乙烯吡咯烷酮K15于38.5g二甲基亚砜和38.5gN-甲基吡咯烷酮中，在80℃条件下加热至完全溶解，得铸膜液，然后将铸膜液在25℃下静置脱泡24h。取聚乙烯醇缩醛无纺布基层(8μm厚，孔隙率55％)，利用涂覆机把铸膜液涂覆在无纺布上，涂覆层厚度6μm，然后将涂覆好的隔膜置于35℃的甲醇与水按1：1混合的溶液中浸泡12h。取出隔膜，在干燥箱中于50℃干燥30min，得无纺布基复合隔膜。
实施例5
取5g聚酰亚胺、0.5g聚乙烯吡咯烷酮K15于94.5gN-甲基吡咯烷酮中，在50℃条件下加热至完全溶解，得铸膜液，然后将铸膜液在25℃下静置脱泡24h。取聚氨基甲酸酯无纺布基层(12μm厚，孔隙率58％)，利用涂覆机把铸膜液涂覆在无纺布上，涂覆层厚度8μm，然后将涂覆好的隔膜置于40℃的甲醇与水按1：1混合的溶液中浸泡12h。取出隔膜，在干燥箱中于60℃干燥30min，得无纺布基复合隔膜。
实施例6
取18g醋酸纤维素、1g聚乙烯吡咯烷酮K15、0.8g聚乙烯吡咯烷酮K40于45.1gN,N-二甲基甲酰胺和45.1gN-甲基吡咯烷酮中，在70℃条件下加热至完全溶解，得铸膜液，然后将铸膜液在25℃下静置脱泡24h。取聚对苯二甲酸丁二酯无纺布基层(6μm厚，孔隙率54％)，利用涂覆机把铸膜液涂覆在无纺布上，涂覆层厚度10μm，然后将涂覆好的隔膜置于25℃的甲醇与水按1：1混合的溶液中浸泡12h。取出隔膜，在干燥箱中于70℃干燥40min，得无纺布基复合隔膜。
实施例7
取12g聚酰亚胺、1.5g聚乙二醇2000于87.5g N-甲基吡咯烷酮中，在60℃条件下加热至完全溶解，得铸膜液，然后将铸膜液在25℃下静置脱泡24h。取聚乙烯醇缩醛无纺布基层(10μm厚，孔隙率50％)，利用涂覆机把铸膜液涂覆在无纺布上，涂覆层厚度5μm，然后将涂覆好的隔膜置于35℃的乙醇与水按1：1混合的溶液中浸泡12h。取出隔膜，在干燥箱中于50℃干燥30min，得无纺布基复合隔膜。
对比例：
对比例选用25μm厚PET隔膜，孔隙率60％。
性能测试1：测量实施例1至实施例7和对比例隔膜的厚度。
性能测试2：实施例1至实施例7和对比例隔膜分别组装CR2025扣式电池，将电池充电至4.2V，然后搁置4h，测试电池电压的变化。
性能测试3：实施例1至实施例7和对比例隔膜分别组装1000mAh的软包电池，进行0.1C充电至4.2V，然后8C、10C和15C放电至2.75V，然后用不同倍率下放电容量除以0.1C放电容量，得到不同倍率下的容量保持率。
表1测试结果
上述结果表明，本发明制得的锂离子电池用隔膜厚度较薄，基本都在15μm以下，隔膜孔隙率适中，电池的内短路风险小，并且高倍率放电能力优于对比例。
上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池用无纺布基复合隔膜，其特征在于，由聚合物、致孔剂及有机溶剂组成的铸膜液涂敷于无纺布基层表面形成。
2.如权利要求1所述的锂离子电池用无纺布基复合隔膜，其特征在于，所述的聚合物为聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚砜或醋酸纤维素。
3.如权利要求1所述的锂离子电池用无纺布基复合隔膜，其特征在于，所述的致孔剂为聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇2000、聚乙烯吡咯烷酮K15和聚乙烯吡咯烷酮K40中的一种或任意组合。
4.如权利要求1所述的锂离子电池用无纺布基复合隔膜，其特征在于，所述的有机溶剂为二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或任意组合。
5.如权利要求1所述的锂离子电池用无纺布基复合隔膜，其特征在于，所述的无纺布材质为聚乙烯醇缩醛、聚氨基甲酸酯或聚对苯二甲酸丁二酯。
6.如权利要求1所述的锂离子电池用无纺布基复合隔膜的制备方法，其特征在于：
(1)将聚合物和致孔剂溶解于有机溶剂中，其中聚合物质量占比5％～20％，致孔剂占比0.5％～3％，有机溶剂质量占比77％～94.5％，在50℃～80℃条件下加热至完全溶解，得到铸膜液；
(2)将铸膜液在25℃下静置脱泡，时间不少于24h；
(3)利用涂覆机把铸膜液涂覆在无纺布上，无纺布厚度5μm～12μm，孔隙率50％～60％，涂覆层厚度5μm～10μm；
(4)将涂覆的无纺布置于25℃～40℃凝固浴中转化成型，时间不少于12h；
(5)最后置于干燥箱中在50℃～90℃下干燥10min～60min，即得锂离子电池用无纺布基复合隔膜。
7.如权利要求6所述的锂离子电池用无纺布基复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述的凝固浴为一级水、甲醇、乙醇中的一种或任意组合。
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