CN113067093B - 一种点状涂布隔膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种点状涂布隔膜，点状涂布隔膜是通过创新涂布工艺得到的一种性能更好的点状涂布隔膜。本发明的技术优点：(1)采取喷涂的简单高效的涂布方式，可以实现涂布的均匀性和解决隔膜透气性问题，进而改善电池的性能；(2)另外喷涂方式制备的点状涂布隔膜可以保证电芯压实的同时还可以保证电解液在隔离膜的顺利传输，有效提高电解液在隔离膜的浸润性，维持电芯较高的保液量，进而改善电池的性能；(3)其还可以有效防止电池循环后期的电量跳水现象，缩短注液的老化静置时间，提高产品产量及质量。

Description

一种点状涂布隔膜
技术领域
本发明涉及锂离子电池隔膜生产技术领域，具体的说，是一种点状涂布隔膜。
背景技术
随着涂布膜的发展，隔膜涂布方式成为研究的热点。锂离子电池由正极片、负极片、隔离膜和电解质材料四大关键材料组成。在锂电池结构中，隔膜是关键的内层组件之一，隔离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，同时具有能使锂离子通过的功能。其性能的优劣直接决定电池寿命、使用安全性、放电倍率性、电池内阻、孔隙率、吸液率与电池容量，对提高电池的综合性能具有重要的作用。在锂离子电池制造过程中，采用喷涂方式制备的新型点状涂布隔膜，在涂布技术上采取喷涂方式(点状涂布)的新型方式，有利于提供一种结构简单的、高效率的涂布方式，且可以实现隔膜涂层涂布均匀，且解决了隔膜透气性问题；另外在保证电芯压实的同时还可以保证电解液在隔离膜的顺利传输，有效提高电解液对隔离膜的浸润性，维持电芯较高的保液量，进而影响和改善电池的性能；以及有效防止电池循环后期的电量跳水现象，缩短注液的老化静置时间，提高产品产能以及质量。
因此，开发一种喷涂方式制备的点状涂布隔膜，成为隔膜市场发展的趋势。
发明内容
本项目的目的在于提供一种点状涂布隔膜，用于解决现有技术中采用连续式涂胶隔离膜、滚轮涂布等方式的不足。本项目的点状涂布隔膜采取喷涂的方式，具有以下效益：改变了以往的滚轮涂布和表面按压方式，采取喷涂的方式，将涂层均匀的涂布在隔膜表面，且起到很好的浸润效果以及更好的解决隔膜的透气性问题；进而有效的提高电池的综合性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种点状涂布隔膜，隔膜厚度为7～15微米；孔隙率为30％～60％；隔膜在200℃下的尺寸热收缩率0.01～8％；隔膜的离子电导率为0.70mS·cm-1～3.60mS·cm-1。
所述的隔膜在200℃下的尺寸热收缩率0.01～8％，优选的范围是1～6％，进一步为2～5％，通过这样的热收缩性能测试，可以观察所述隔膜在这样的温度下的耐热性，热收缩率更低则说明所述隔膜的耐热性，有效的避免电池因热收缩或者高温被刺破而导致电池内部短路的事故发生，大大的提高电池的安全性，同时有助于提高隔膜的离子电导率，进而提高电池的循环寿命。
所述的点状涂布成品隔膜的离子电导率为0.70～3.60mS·cm-1，优选的范围是1～3mS·cm-1，进一步的范围是2～2.5mS·cm-1；比商业化隔膜的有所改善，且组装的锂离子电池的循环稳定性和倍率性能大大提高。比商业化隔膜的有所改善，且组装的锂离子电池的循环稳定性和倍率性能大大提高。
所述的隔膜透气值为75～300s/100cc，电解液吸液率为80-800％。
一种点状涂布隔膜的制备方法，其具体步骤为：
(1)浆料的制备：搅拌机下以200～1200rpm的速度进行搅拌，搅拌时间是0.05～5h，得到的浆料粒径为0.1～10nm，得到隔膜产品，备用；对得到隔膜产品进行涂布，涂布温度为0～120℃，涂布拉伸速差为0.1～20％；接着进行复卷，复卷温度为70～150℃、收放卷张力为0.1～100N；最后进行分切，分切收放卷张力为0.1～50N以及接触压为0.01～0.20N；得到点状涂布隔膜；
(2)隔膜涂布方式：喷涂、连续性涂胶和滚轮涂布；得到点状涂布隔膜。
(3)接着是对不同涂布方式的涂布膜进行相关的表征测试：电解液浸润性测试(电解液吸液率和24h后的电解液保液率测试)、热收缩性能测试、离子电导率测试。
本发明的技术特点在于：(1)采取喷涂的简单高效的涂布方式，可以实现涂布的均匀性和解决隔膜透气性问题，进而改善电池的性能；(2)另外喷涂方式制备的点状涂布隔膜可以保证电芯压实的同时还可以保证电解液在隔离膜的顺利传输，有效提高电解液在隔离膜的浸润性，维持电芯较高的保液量，进而改善电池的性能；(3)其还可以有效防止电池循环后期的电量跳水现象，缩短注液的老化静置时间，提高产品产量及质量。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)有效提高电解液对隔离膜的浸润性，维持电芯较高的保液量，进而影响电池的性能。
(2)有效防止电池循环后期的电量跳水现象，缩短注液的老化静置时间，提高产品产能以及质量。
(3)解决隔膜的透气性问题，进而影响电池的性能。
开发一种点状涂布隔膜，可用于锂离子电池制造中，提高电池的加工和循环性能，满足行业的要求。
附图说明
图1显示为本申请的点状涂布隔膜结构图。
具体实施方式
以下提供本发明一种点状涂布隔膜的具体实施方式。
如图1所示，本申请提供一种点状涂布隔膜，采取喷涂的方式进行涂布。喷涂涂布结构的创新点：(1)与连续性涂胶和滚轮涂布相比，点状(喷涂)方式制备的涂布膜更加实现涂布的均匀性和透气性，避免涂布浆料太密集导致堵塞和阻止锂离子的传输以及出现孔隙率大大降低，影响电池的循环倍率性能和稳定寿命；(2)与连续性涂胶和滚轮涂布相比，点状(喷涂)方式制备的涂布膜可以避免电池内部短路的危险发生，同时通过提高隔膜的透气性，有利于保持和提高电池性能。(3)与连续性涂胶和滚轮涂布相比，点状(喷涂)方式制备的涂布膜可以提高电解液的浸润性，保证锂离子的良好传递，提高离子电导率，进而提高锂离子电池的循环稳定性和倍率性能。
如表1所示，本申请的不同涂布方式的涂布膜的MD/TD热收缩、电解液吸液率/保液率以及离子电导率测试数据结果，可以发现涂布隔膜在不同的涂布方式以及不同的复卷温度下具有不同的性能，当采取连续性涂胶和滚轮涂布方式分别制备得到的连续性涂胶隔膜和滚轮涂布隔膜的热收缩率小于或等于5％，透气值为150～190s/100cc，电解液吸收率100～400％，24h后电解液保液率为10～80％，离子电导率为0.70～1.70mS·cm-1。而当采取喷涂方式制备得到的点状涂布隔膜热收缩率大于或等于8％，透气值为200～300s/100cc，电解液吸收率400～800％，24h后电解液保液率为90～100％，离子电导率为1.70～3.60mS·cm-1。综上可知，喷涂方式制备的涂布膜性能更好。另外当当复卷温度为70℃和150℃时，点状涂布隔膜的热收缩率小于或等于5％，透气值为150～190s/100cc，电解液吸收率100～400％，24h后电解液保液率为10～80％，离子电导率为0.70mS·cm-1～1.70mS·cm-1。
综上可知，复卷温度范围为70～150℃时的点状涂布隔膜性能更好；其中复卷温度为110℃条件下的点状涂布隔膜的隔热和耐热性能更好，且具有更好的电解液吸液率和保液率、透气值和离子电导率，可以有效的避免隔膜在高温下出现热收缩或者破膜现象的发生，致使正负极直接接触导致电池内部短路，引发安全性隐患，具有很大的发展前景。
实施例1
将制备得到的隔膜浆料，对基膜(7μm)进行喷涂涂布，得到点状涂布隔膜，涂布总厚度为10μm，在喷涂机上以800rpm的搅拌速度，搅拌3h，得到粒径为2nm的浆料，以15℃的涂布温度、拉伸速差为0.2％进行涂布；得到的涂布膜孔隙率为43％，进行50℃的烘干；紧接着进行复卷，以110℃复卷温度和收放卷张力为10N；再进行分切，分切收放卷张力为0.1N，接触压为0.01N，得到的本申请成品-点状涂布隔膜热收缩率大于或等于8％，透气值为200～300s/100cc，电解液吸收率400～800％，24h后电解液保液率为90-100％，离子电导率为1.70mS·cm-1～3.60mS·cm-1。
实施例2
将制备得到的隔膜浆料，对基膜(7μm)进行连续式涂胶，得到连续性涂胶隔膜，涂布总厚度为10μm，在喷涂机上以800rpm的搅拌速度，搅拌3h，得到粒径为2nm的浆料，以15℃的涂布温度、拉伸速差为0.2％进行涂布；得到的涂布膜孔隙率为43％，进行50℃的烘干；紧接着进行复卷，以110℃复卷温度和收放卷张力为10N；再进行分切，分切收放卷张力为0.1N，接触压为0.01N，得到的本申请成品-连续性涂胶隔膜热收缩率小于或等于5％，透气值为150～190s/100cc，电解液吸收率100～400％，24h后电解液保液率为10～80％，离子电导率为0.70～1.70mS·cm-1。
实施例3
将制备得到的隔膜浆料，对基膜(7μm)进行滚轮涂布，得到滚轮涂布隔膜，涂布总厚度为10μm，在喷涂机上以800rpm的搅拌速度，搅拌3h，得到粒径为2nm的浆料，以15℃的涂布温度、拉伸速差为0.2％进行涂布；得到的涂布膜孔隙率为43％，进行50℃的烘干；紧接着进行复卷，以110℃复卷温度和收放卷张力为10N；再进行分切，分切收放卷张力为0.1N，接触压为0.01N，得到的本申请成品-滚轮涂布隔膜热收缩率小于或等于5％，透气值为150～190s/100cc，电解液吸收率100～400％，24h后电解液保液率为10～80％，离子电导率为0.70～1.70mS·cm-1。
实施例4
将制备得到的隔膜浆料，对基膜(7μm)进行喷涂，得到点状涂布隔膜，涂布总厚度为10μm，在喷涂机上以800rpm的搅拌速度，搅拌3h，得到粒径为2nm的浆料，以15℃的涂布温度、拉伸速差为0.2％进行涂布；得到的涂布膜孔隙率为43％，进行50℃的烘干；紧接着进行复卷，以70℃复卷温度和收放卷张力为10N；再进行分切，分切收放卷张力为0.1N，接触压为0.01N，得到的本申请成品-点状涂布隔膜热收缩率小于或等于5％，透气值为150～190s/100cc，电解液吸收率100～400％，24h后电解液保液率为10～80％，离子电导率为0.70～1.70mS·cm-1。
实施例5
将制备得到的隔膜浆料，对基膜(7μm)进行喷涂，得到点状涂布隔膜，涂布总厚度为10μm，在喷涂机上以800rpm的搅拌速度，搅拌3h，得到粒径为2nm的浆料，以15℃的涂布温度、拉伸速差为0.2％进行涂布；得到的涂布膜孔隙率为43％，进行50℃的烘干；紧接着进行复卷，以150℃复卷温度和收放卷张力为10N；再进行分切，分切收放卷张力为0.1N，接触压为0.01N，得到的本申请成品-点状涂布隔膜热收缩率小于或等于5％，透气值为150～190s/100cc，电解液吸收率100-400％，24h后电解液保液率为10-80％，离子电导率为0.70～1.70mS·cm-1。
综上所述，本申请提供一种点状涂布隔膜，利用不同的涂布方式制备得到性能更好的涂布膜；本申请的点状涂布膜是采取喷涂的方式制备得到的，其在110℃的复卷温度和一定分切接触压下的热收缩率大于或等于8％，透气值为200～300s/100cc，且其电解液吸收率为400～800％，24h后的电解液保液率为90～100％以及离子电导率为1.70～3.60mS·cm-1；可见此时的点状涂布隔膜的耐热和隔热性能以及热闭孔性能更好，且其具有更好的解液浸润性和更高的离子电导率。
表1显示为本申请的不同涂布方式的涂布膜的MD/TD热收缩、电解液吸液率/保液率以及离子电导率测试数据结果：
表1
Figure GDA0003648041250000081
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种点状涂布隔膜，其特征在于，隔膜厚度为7～15微米；孔隙率为30％～60％；隔膜在200℃下的尺寸热收缩率为0.01～8％；隔膜的离子电导率为1.70～3.60mS·cm-1；隔膜的电解液吸液率为400～800％；
点状涂布隔膜的制备方法，具体步骤为：
搅拌机下以200～1200rpm的速度进行搅拌，搅拌时间是0.05～5h，得到的浆料粒径为0.1～10nm；
对得到的浆料进行涂布，涂布方式为喷涂，涂布温度为0～120℃，涂布拉伸速差为0.1～20％；
进行复卷，复卷温度为110℃、收放卷张力为0.1～100N；
进行分切，分切收放卷张力为0.1～50N以及接触压为0.01～0.20N，得到点状涂布隔膜。
2.如权利要求1所述的点状涂布隔膜，其特征在于，隔膜在200℃下的尺寸热收缩率为1～6％。
3.如权利要求1所述的点状涂布隔膜，其特征在于，隔膜在200℃下的尺寸热收缩率为2～5％。
4.如权利要求1所述的点状涂布隔膜，其特征在于，隔膜的离子电导率为2.5～3mS·cm-1。
5.如权利要求1所述的点状涂布隔膜，其特征在于，隔膜的离子电导率为2～2.5mS·cm-1。
6.如权利要求1所述的点状涂布隔膜，其特征在于，隔膜透气值为200～300s/100cc。
7.一种点状涂布隔膜的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：
搅拌机下以200～1200rpm的速度进行搅拌，搅拌时间是0.05～5h，得到的浆料粒径为0.1～10nm；
对得到的浆料进行涂布，涂布方式为喷涂，涂布温度为0～120℃，涂布拉伸速差为0.1～20％；
进行复卷，复卷温度为110℃、收放卷张力为0.1～100N；
进行分切，分切收放卷张力为0.1～50N以及接触压为0.01～0.20N，得到点状涂布隔膜；
其中，隔膜厚度为7～15微米；孔隙率为30％～60％；隔膜在200℃下的尺寸热收缩率为0.01～8％；隔膜的离子电导率为1.70～3.60mS·cm-1；隔膜的电解液吸液率为400～800％。
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