CN115241599A - 电池隔膜的制备装置、制备方法及电池隔膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池隔膜的制备装置、制备方法及电池隔膜，属于电池制造领域，可减少工艺复杂度、降低生产成本。本发明的电池隔膜的制备装置包括可拆卸壳体、设置在可拆卸壳体上的第一出气口和第二出气口、以及设置在可拆卸壳体内部的支撑部、温度控制部和承载容器；第一出气口具有第一控制阀，第二出气口具有第二控制阀；其中，电池隔膜的制备装置还包括液态金属输入管和至少一个静电纺丝注射器，每个静电纺丝注射器中存储有隔膜液；液态金属输入管用于向承载容器输入液态金属；每个静电纺丝注射器均连接有隔膜液输入管，隔膜液输入管用于向承载容器输入隔膜液。

Description

电池隔膜的制备装置、制备方法及电池隔膜

技术领域

本发明属于电池制造技术领域，具体涉及一种电池隔膜的制备装置、制备方法及电池隔膜。

背景技术

锂离子电池具有高电压平台、比能量/功率密度大、高转换效率、无记忆效应和循环寿命高等优点，是目前新能源汽车的主流动力源。动力电池又由四部分组成，分别是正极、负极、电解液、隔膜。隔膜是锂离子电池的重要材料，其根本作用是隔绝正极片和负极片，避免短路。同时，隔膜上需具有供锂离子迁移的贯通微孔，而在电池内部温度过高时，隔膜通过闭孔来强制停止充放电进程，防止高温引起的电池爆炸。所以，锂离子电池隔膜又被称为“第三极”，其性能优劣对电池充放电性能和安全性至关重要。隔膜性能要求有：均匀性、一致性、耐热性、化学/电化学稳定性、透气性能等，其中隔膜的厚度均匀性(平整性)是生产过程中需严格控制的指标之一。

目前锂离子电池隔膜制备工艺一般分为干法工艺(熔融拉伸法，MSCS)和湿法工艺(热致相分离法，TIPS)。无论干法工艺还是湿法工艺，都涉及一系列挤出、拉伸、萃取、烘干等工序，需要大量设备配合，工序繁琐，设备成本高。目前使用静电纺丝技术制备的纳米纤维可实现在纳米尺度到微米尺度可调，从而控制薄膜孔隙率，在制备电池隔膜已经得到广泛研究，但当前多是采用辊轴转动的方式进行收集，难以确保隔膜的平整度。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明旨在减少工艺复杂度、降低生产成本以及提高隔膜的平整度，提供一种电池隔膜的制备装置、制备方法以及电池隔膜。

第一方面，本发明实施例提供一种电池隔膜的制备装置，包括可拆卸壳体、设置在所述可拆卸壳体上的第一出气口和第二出气口、以及设置在所述可拆卸壳体内部的支撑部、温度控制部和承载容器；所述第一出气口具有第一控制阀，所述第二出气口具有第二控制阀；所述支撑部设置在可拆卸壳体底部，所述温度控制部设置在所述支撑部背离所述可拆卸壳体的一侧，所述承载容器设置在所述温度控制部背离所述支撑部的一侧；其中，所述电池隔膜的制备装置还包括液态金属输入管和至少一个静电纺丝注射器，每个静电纺丝注射器中存储有隔膜液；所述液态金属输入管用于向所述承载容器输入液态金属；每个静电纺丝注射器均连接有隔膜液输入管，所述隔膜液输入管用于向所述承载容器输入隔膜液。

可选地，所述液态金属为包括镓、镓铟合金和镓铟锡合金中的至少一种。

可选地，所述隔膜液包括高分子基材、溶剂、成孔剂和添加剂中的一种或几种。

可选地，所述高分子基材包括聚烯烃树脂。

可选地，所述的电池隔膜的制备装置还包括抽真空装置，所述抽真空装置与所述第一控制阀相连接。

可选地，所述的电池隔膜的制备装置还包括气体回收装置，所述气体回收装置与所述第二控制阀相连接。

可选地，每个所述静电纺丝注射器均包括与所述隔膜液输入管连接的针头组件；其中，所述电池隔膜的制备装置还包括高压电源装置，所述高压电源装置与所述各个所述静电纺丝注射器的针头组件相连接。

可选地，所述的电池隔膜的制备装置还包括与所述静电纺丝注射器一一对应设置的电动推进装置，所述电动推进装置用于自动控制静电纺丝注射器注射隔膜液的喷射速度。

第二方面，本发明实施例提供一种电池隔膜的制备方法，包括：

对可拆卸壳体内进行抽真空处理；

通过液态金属输入管将液态金属加入到温度控制部上方的承载容器中；

利用静电纺丝注射器通过隔膜液输入管将隔膜液喷射到液态金属表面；通过温度控制部控制液态金属的温度，使得隔膜液处于液体状态；

通过温度控制部降低液态金属的温度，使得隔膜液凝固，待隔膜液凝固完全后，直接从液态金属表面揭取电池隔膜。

第三方面，本发明实施例提供一种电池隔膜，由上述的电池隔膜的制备方法制得。

在本发明中，由于液态金属输入管用于向承载容器输入液态金属，每个静电纺丝注射器均连接有隔膜液输入管，隔膜液输入管用于向承载容器输入隔膜液，因此可基于液体金属和隔膜液的密度差以及液态金属在真空状态下表面光滑特性，可以将液态金属作为电池隔膜的制备基底，利用液态金属优异的宽液相温区(无挥发)、和导热性制备电池隔膜，并且在制备过程中本装置的集成度高，工艺简单，成本低；另外，由本装置生产的电池隔膜的具有良好的平整度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电池隔膜的制备装置的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-可拆卸壳体；2-第一出气口；3-第二出气口；4-支撑部；5-温度控制部；6-承载容器；7-液态金属输入管；71-液态金属；8-静电纺丝注射器；81-隔膜液输入管；82-隔膜液；83-针头组件；9-高压电源装置；10-电动推进装置；21-第一控制阀；31-第二控制阀。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

锂离子电池具有高电压平台、比能量/功率密度大、高转换效率、无记忆效应和循环寿命高等优点，是目前新能源汽车的主流动力源。动力电池又由四部分组成，分别是正极、负极、电解液、隔膜。隔膜是锂离子电池的重要材料，其根本作用是隔绝正极片和负极片，避免短路。同时，隔膜上需具有供锂离子迁移的贯通微孔，而在电池内部温度过高时，隔膜通过闭孔来强制停止充放电进程，防止高温引起的电池爆炸。所以，锂离子电池隔膜又被称为“第三极”，其性能优劣对电池充放电性能和安全性至关重要。隔膜性能要求有：均匀性、一致性、耐热性、化学/电化学稳定性、透气性能等，其中隔膜的厚度均匀性(平整性)是生产过程中需严格控制的指标之一。

目前锂离子电池隔膜制备工艺一般分为干法工艺(熔融拉伸法，MSCS)和湿法工艺(热致相分离法，TI PS)。无论干法工艺还是湿法工艺，都涉及一系列挤出、拉伸、萃取、烘干等工序，需要大量设备配合，工序繁琐，设备成本高。目前使用静电纺丝技术制备的纳米纤维可实现在纳米尺度到微米尺度可调，从而控制薄膜孔隙率，在制备电池隔膜已经得到广泛研究，但当前多是采用辊轴转动的方式进行收集，难以确保隔膜的平整度。

为了至少上述技术问题之一，本发明实施例提供了一种电池隔膜的制备装置、制备方法及电池隔膜，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例提供的电池隔膜的制备装置、制备方法及电池隔膜作进一步详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种电池隔膜的制备装置的结构示意图，如图1所示，一种电池隔膜的制备装置包括可拆卸壳体1、设置在可拆卸壳体1上的第一出气口2和第二出气口3、以及设置在可拆卸壳体1内部的支撑部4、温度控制部5和承载容器6。

具体地，第一出气口2具有第一控制阀21，第二出气口3具有第二控制阀31。支撑部4设置在可拆卸壳体1底部，温度控制部5设置在支撑部4背离可拆卸壳体1底部的一侧，承载容器6设置在温度控制部5背离支撑部的一侧。其中，电池隔膜的制备装置还包括液态金属输入管7和至少一个静电纺丝注射器8，每个静电纺丝注射器8中存储有隔膜液。液态金属输入管7用于向承载容器6输入液态金属71，每个静电纺丝注射器8均连接有隔膜液输入管81，隔膜液输入管81用于向承载容器输入隔膜液。

本申请不对可拆卸壳体1的形状进行限定，可以根据情况进行选择，本实施例是以可拆卸壳体1为立方体为例进行说明。

液态金属71是一大类室温附近呈液态的功能材料，密度较高(通常大于5g/cm3)、熔点低、液相温区宽(沸点达2000℃以上)、导电性好、导热能力强，具有诸多优异的物理和化学性能。液态金属71未被氧化时(真空环境中)，表面异常光滑。液态金属71的材料包括但不限于镓、镓铟合金和镓铟锡合金等。

隔膜液的材料也可根据情况进行选择，在此不做具体限定，例如隔膜液的材料包括但不限于高分子基材、溶剂、成孔剂和添加剂等。其中，高分子基材可以为聚烯烃树脂等。

在本实施例中，由于液态金属输入管7用于向承载容器输入液态金属71，每个静电纺丝注射器8均连接有隔膜液输入管81，隔膜液输入管81用于向承载容器输入隔膜液82，因此可基于液体金属71和隔膜液82的密度差以及液态金属71在真空状态下表面光滑特性，可以将液态金属71作为电池隔膜的制备基底，利用液态金属71优异的宽液相温区(无挥发)、和导热性制备电池隔膜，并且在制备过程中本装置的集成度高，工艺简单，成本低，另外，由本装置生产的电池隔膜的具有良好的平整度。

在一些实施例中，电池隔膜的制备装置还可具有抽真空装置(图中未示出)，抽真空装置可以与第一控制阀21相连接，抽真空装置用于对可拆卸壳体内部进行抽真空，以使液态金属13处于真空环境中，保证液体金属13表面光滑。

在一些实施例中，电池隔膜的制备装置还可以具有气体回收装置(图中未示出)，气体回收装置可与第二控制阀31相连接。当隔膜液凝固完全后，可通过气体回收装置打开第二控制阀31进行放气，气体回收装置可用于对可拆卸壳体内的气体进行收集，防止污染环境。

在一些实施例中，如图1所示，每个静电纺丝注射器8均包括与隔膜液输入管81连接的针头组83；其中，电池隔膜的制备装置还包括高压电源装置9，高压电源装置9与各个静电纺丝注射器8的针头组件83相连接。静电纺丝注射器8的针头组件83在高压电源装置9所施加的静电场作用下，隔膜液克服其表面张力从而形成射流，最后在液体金属表面上收集得到喷射的电池隔膜。

在一些实施例中，如图1所示，电池隔膜的制备装置还包括与所述静电纺丝注射器8一一对应设置的电动推进装置10，电动推进装置10用于自动控制静电纺丝注射器8注射隔膜液的喷射速度。

第二方面，本发明实施例提供一种电池隔膜的制备方法，包括：

对可拆卸壳体1内进行抽真空处理；

通过液态金属输入管7将液态金属71加入到温度控制部上方的承载容器6中；

利用静电纺丝注射器8通过隔膜液输入管将隔膜液喷射到液态金属71表面；通过温度控制部5控制液态金属71的温度，使得隔膜液82处于液体状态；

通过温度控制部5降低液态金属71的温度，使得隔膜液82凝固，待隔膜液82凝固完全后，直接从液态金属71表面揭取电池隔膜。

下面结合一个具体示例对电池隔膜的制备方法进行举例说明：

1、关闭第二阀门31，通过抽真空装置打开第一阀门21并对可拆卸壳体1内进行抽真空处理；

2、通过液态金属输入管71将液态金属71加入到温度控制部5上方的承载容器6中；

3、通过抽真空装置关闭第一阀门21；

4、根据液态金属71的表面积和需制备隔膜厚度，结合隔膜液的密度计算出所需的制备隔膜的隔膜液，将所需的隔膜液注入到静电纺丝注射器；

5、利用静电纺丝注射器8通过隔膜液输入管8将所需的隔膜液82加入到液态金属71表面，通过温度控制部5控制液态金属71的温度，使得隔膜液82处于液体状态；

6、如果隔膜液82中无挥发分，通过温度控制部5可降低液态金属71的温度，使得隔膜液82凝固。待隔膜液82凝固完全后，打开第二控制阀31进行排气；排气完成后，拆开可拆卸壳体1，直接从液态金属71表面揭取隔膜，若隔膜液82中有挥发分，通过抽真空装置打开第一控制阀21，缓慢抽真空，抽出挥发分，待挥发完毕后，通过温度控制部5可降低液态金属71的温度，使得隔膜液81凝固，隔膜液81凝固完全后，拆开可拆卸壳体1，直接从液态金属71表面揭取隔膜；

7、隔膜揭取完成后，可取出液态金属71，并清洗或更换输入液体金属的管道，液态金属71经除去表面的氧化层后可重复使用。

在本实施例中，由于液态金属输入管7用于向承载容器输入液态金属71，每个静电纺丝注射器8均连接有隔膜液输入管81，隔膜液输入管81用于向承载容器输入隔膜液82，因此可基于液体金属71和隔膜液82的密度差以及液态金属71在真空状态下表面光滑特性，可以将液态金属71作为电池隔膜的制备基底，利用液态金属71优异的宽液相温区(无挥发)、和导热性制备电池隔膜，并且在制备过程中本装置的集成度高，工艺简单，成本低，另外，由本装置生产的电池隔膜的具有良好的平整度。

第三方面，本发明实施例还提供一种电池隔膜，其由上述的制备方法制得。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池隔膜的制备装置，其特征在于，包括可拆卸壳体、设置在所述可拆卸壳体上的第一出气口和第二出气口、以及设置在所述可拆卸壳体内部的支撑部、温度控制部和承载容器；所述第一出气口具有第一控制阀，所述第二出气口具有第二控制阀；所述支撑部设置在可拆卸壳体底部，所述温度控制部设置在所述支撑部背离所述可拆卸壳体的一侧，所述承载容器设置在所述温度控制部背离所述支撑部的一侧；其中，所述电池隔膜的制备装置还包括液态金属输入管和至少一个静电纺丝注射器，每个静电纺丝注射器中存储有隔膜液；所述液态金属输入管用于向所述承载容器输入液态金属；每个静电纺丝注射器均连接有隔膜液输入管，所述隔膜液输入管用于向所述承载容器输入隔膜液。

2.根据权利要求1所述的电池隔膜的制备装置，其特征在于，所述液态金属为包括镓、镓铟合金和镓铟锡合金中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的电池隔膜的制备装置，其特征在于，所述隔膜液包括高分子基材、溶剂、成孔剂和添加剂中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的电池隔膜的制备装置，其特征在于，所述高分子基材包括聚烯烃树脂。

5.根据权利要求1所述的电池隔膜的制备装置，其特征在于，还包括抽真空装置，所述抽真空装置与所述第一控制阀相连接。

6.根据权利要求1所述的电池隔膜的制备装置，其特征在于，还包括气体回收装置，所述气体回收装置与所述第二控制阀相连接。

7.根据权利要求1所述的电池隔膜的制备装置，其特征在于，每个所述静电纺丝注射器均包括与所述隔膜液输入管连接的针头组件；其中，所述电池隔膜的制备装置还包括高压电源装置，所述高压电源装置与所述各个所述静电纺丝注射器的针头组件相连接。

8.根据权利要求1所述的电池隔膜的制备装置，其特征在于，还包括与所述静电纺丝注射器一一对应设置的电动推进装置，所述电动推进装置用于自动控制静电纺丝注射器注射隔膜液的喷射速度。

9.一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括：

对可拆卸壳体内进行抽真空处理；

通过液态金属输入管将液态金属加入到温度控制部上方的承载容器中；

利用静电纺丝注射器通过隔膜液输入管将隔膜液喷射到液态金属表面；通过温度控制部控制液态金属的温度，使得隔膜液处于液体状态；

通过温度控制部降低液态金属的温度，使得隔膜液凝固，待隔膜液凝固完全后，直接从液态金属表面揭取电池隔膜。

10.一种电池隔膜，其特征在于，由权利要求9所述的电池隔膜的制备方法制得。

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