CN115395173A - 一种高耐热高绝缘锂电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高耐热高绝缘锂电池隔膜及其制备方法,包括以下步骤:步骤1,将分散剂、水、硅酸铝纤维和氧化铝搅拌均匀,超声,加入胶黏剂,在0.06‑0.08KPA下超声搅拌均匀,得到锂电池隔膜涂覆浆料;步骤2,将步骤1所得的锂电池隔膜涂覆浆料单面涂覆在基膜上,在所述基膜的表面形成涂层,得到锂电池隔膜;步骤3,将所述锂电池隔膜经牵引辊牵引进入烘箱中烘干,收卷,得到高耐热高绝缘锂电池隔膜。本发明的分散剂能够使得硅酸铝纤维和氧化铝粉体分散更加均匀,粘结剂能够更好的使得制备的锂电池隔膜涂覆浆料涂覆在基膜上,涂层不至脱落。

Description

一种高耐热高绝缘锂电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域,具体来说涉及一种高耐热高绝缘锂电池隔膜及其制备方法。
背景技术
随着环境问题日益严峻,越来越多新能源项目收到社会关注,其中电动汽车更是颇受青睐,锂离子电池作为电动汽车的动力源其安全性以及续航能力等是科研重点,作为离子电池的关键内层组件之一的隔膜,其性能决定电池的界面结构、内阻值,直接影响电池的容量、循环以及电池的安全性能。在离子电池中,隔膜吸取电解液后,可以防止短路,同时允许锂离子的传导;再过度充电或温度升高时,隔膜通过闭孔阻隔电流传导,防止爆炸。隔膜性能的优势决定着电池的容量、循环性能、充电电流密度等关键特性。热收缩性能表征隔膜的一项重要指标,同时也是关系电池安全性能的一项重要性能。
基于以上,锂离子电池的耐高温问题成为人们更多关注的焦点,常规的锂电池隔膜为PP隔膜,对于电池耐高热能力一般,短路率高、电池耐热震性低。
目前的锂电池隔膜还存在下述问题:
1.锂电池隔膜在充放电过程中的耐热性有待提高;
2.隔膜的绝缘性有待提高。
发明内容
针对现有技术不足,本发明的目的在于提供一种高耐热高绝缘锂电池隔膜的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法获得的高耐热高绝缘锂电池隔膜
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种高耐热高绝缘锂电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,将分散剂、水、硅酸铝纤维和氧化铝搅拌均匀,超声,加入胶黏剂,在0.06-0.08KPA下超声搅拌均匀,得到锂电池隔膜涂覆浆料,其中,按质量份数计,所述分散剂、水、硅酸铝纤维、氧化铝和胶黏剂的比为(0.1~0.5):(81.5~89.9):(2~3):(3~7):(5~8);
在所述步骤1中,所述分散剂为聚丙烯酸铵盐。
在所述步骤1中,所述胶黏剂为丙烯酸酯共聚物溶液。
在所述步骤1中,所述硅酸铝纤维和氧化铝的混合物的粒径为D50:0.383~0.669μm,D90:1.049~1.478μm。
在所述步骤1中,所述搅拌均匀的自转速度为1500~3100r/min,公转速度为20~50r/min,时间为10~20min。
在所述步骤1中,所述超声的频率为10~50kHz,超声的时间为10~20min。
在所述步骤1中,所述超声搅拌均匀的自转速度为1000~3800r/min,公转速度为20~40r/min,超声的频率为5~8kHz,时间为10~20min。
步骤2,将步骤1所得的锂电池隔膜涂覆浆料单面涂覆在基膜上,在所述基膜的表面形成涂层,得到锂电池隔膜;
在所述步骤2中,所述基膜为PE基膜。
在所述步骤2中,所述涂覆的速度为30~50m/min。
在所述步骤2中,所述涂层的厚度为1~2μm。
步骤3,将所述锂电池隔膜经牵引辊牵引进入烘箱中烘干,收卷,得到高耐热高绝缘锂电池隔膜。
在所述步骤3中,所述烘干的温度为50~70℃,烘干的时间为1~3min。
上述制备方法获得的高耐热高绝缘锂电池隔膜。
本发明的优点和有益效果为:
本发明在高耐热高绝缘锂电池隔膜表面使用硅酸铝纤维和氧化铝改性,因为硅酸铝纤维具备耐高温、热稳定性好,热传导率低、受热膨胀小、隔热,填充在氧化铝中间从而形成更致密的涂层,致密的涂层结构也会提升高耐热高绝缘锂电池隔膜的抗电击穿能力,从而大大增加锂电池的安全性;同时,可以增强涂层的隔热性,从而使高耐热高绝缘锂电池隔膜在高温状态下不易变形,减小隔膜收缩率;还有硅酸铝纤维和氧化铝形成的致密涂层结构增加高耐热高绝缘锂电池隔膜的绝缘性。
本发明的分散剂能够使得硅酸铝纤维和氧化铝粉体分散更加均匀,粘结剂能够更好的使得制备的锂电池隔膜涂覆浆料涂覆在基膜上,涂层不至脱落。
附图说明
图1为本发明实施例1所得的高耐热高绝缘锂电池隔膜的SEM。
图2为对比例1所得的氧化铝锂电池隔膜的SEM。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明具体实施方式中使用的相关仪器设备如下:
搅拌机:双行星搅拌机XFZH-30L。
本发明具体实施方式中使用的相关药品如下:
硅酸铝纤维:苏州新江阳保温材料有限公司;
丙烯酸酯共聚物溶液:天津塞普瑞;
聚丙烯酸铵盐:上海三瑞高分子材料科技股份有限公司。
在下述实施方式中,PE基膜的厚度均为9μm。
实施例1
一种高耐热高绝缘锂电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,在搅拌机中,将分散剂、水、硅酸铝纤维和氧化铝于自转速度为3100r/min,公转速度为20r/min,搅拌10min至均匀,于50kHz下超声15min,加入胶黏剂,在0.07KPA下超声搅拌均匀,得到锂电池隔膜涂覆浆料,其中,按质量份数计,分散剂、水、硅酸铝纤维、氧化铝和胶黏剂的比为0.2:89.8:2:3:5,分散剂为聚丙烯酸铵盐,胶黏剂为丙烯酸酯共聚物溶液,超声搅拌均匀的自转速度为1000r/min,公转速度为40r/min、超声的频率为5kHz,时间为15min,硅酸铝纤维和氧化铝的混合物的粒径为D50:0.588μm,D90:1.256μm;
步骤2,在涂布机上,将步骤1所得的锂电池隔膜涂覆浆料单面涂覆在PE基膜上,在PE基膜的表面形成厚度为1μm的涂层,得到锂电池隔膜,其中,涂覆的速度为30m/min;
步骤3,将锂电池隔膜经牵引辊牵引进入烘箱中于50℃烘干3min,收卷,得到高耐热高绝缘锂电池隔膜。
实施例2
一种高耐热高绝缘锂电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,在搅拌机中,将分散剂、水、硅酸铝纤维和氧化铝于自转速度为2000r/min,公转速度为30r/min,搅拌15min至均匀,于30kHz下超声15min,加入胶黏剂,在0.07KPA下超声搅拌均匀,得到锂电池隔膜涂覆浆料,其中,按质量份数计,分散剂、水、硅酸铝纤维、氧化铝和胶黏剂的比为0.2:88.8:2.5:3.5:5,分散剂为聚丙烯酸铵盐,胶黏剂为丙烯酸酯共聚物溶液,超声搅拌均匀的自转速度为2800r/min,公转速度为30r/min、超声的频率为6kHz,时间为15min,硅酸铝纤维和氧化铝的混合物的粒径为D50:0.543μm,D90:1.208μm;
步骤2,在涂布机上,将步骤1所得的锂电池隔膜涂覆浆料单面涂覆在PE基膜上,在PE基膜的表面形成厚度为1μm的涂层,得到锂电池隔膜,其中,涂覆的速度为40m/min;
步骤3,将锂电池隔膜经牵引辊牵引进入烘箱中于60℃烘干2min,收卷,得到高耐热高绝缘锂电池隔膜。
实施例3
一种高耐热高绝缘锂电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,在搅拌机中,将分散剂、水、硅酸铝纤维和氧化铝于自转速度为1500r/min,公转速度为50r/min,搅拌20min至均匀,于50kHz下超声15min,加入胶黏剂,在0.07KPA下超声搅拌均匀,得到锂电池隔膜涂覆浆料,其中,按质量份数计,分散剂、水、硅酸铝纤维、氧化铝和胶黏剂的比为0.2:87.8:3:4:5,分散剂为聚丙烯酸铵盐,胶黏剂为丙烯酸酯共聚物溶液,超声搅拌均匀的自转速度为3800r/min,公转速度为20r/min、超声的频率为8kHz,时间为15min,硅酸铝纤维和氧化铝的混合物的粒径为D50:0.523μm,D90:1.298μm;
步骤2,在涂布机上,将步骤1所得的锂电池隔膜涂覆浆料单面涂覆在PE基膜上,在PE基膜的表面形成厚度为1μm的涂层,得到锂电池隔膜,其中,涂覆的速度为50m/min;
步骤3,将锂电池隔膜经牵引辊牵引进入烘箱中于70℃烘干1min,收卷,得到高耐热高绝缘锂电池隔膜。
对比例1(与实施例1相比,本对比例未加硅酸铝纤维)
一种氧化铝锂电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,在搅拌机中,将分散剂、水和氧化铝于自转速度为3100r/min,公转速度为20r/min,搅拌10min至均匀,于50kHz下超声15min,加入胶黏剂,超声搅拌均匀,得到涂覆浆料,其中,按质量份数计,分散剂、水、氧化铝和胶黏剂的比为0.2:89.8:5:5,分散剂为聚丙烯酸铵盐,胶黏剂为丙烯酸酯共聚物溶液,氧化铝为D50:0.599微米;D90:1.273微米(颗粒),超声搅拌均匀的自转速度为1000r/min,公转速度为40r/min、超声的频率为5kHz,时间为10min,氧化铝的粒径为D50:0.599μm,D90:1.273μm;
步骤2,在涂布机上,将步骤1所得的涂覆浆料单面涂覆在PE基膜上,在PE基膜的表面形成厚度为1μm的涂层,得到电池隔膜,其中,涂覆的速度为30m/min;
步骤3,将电池隔膜经牵引辊牵引进入烘箱中于50℃烘干3min,收卷,得到氧化铝锂电池隔膜。
将实施例1~3所得的高耐热高绝缘锂电池隔膜和对比例1所得的氧化铝锂电池隔膜进行测试,测试结果如表1所示,其中,上述锂电池隔膜的外观均为白色。
表1
Figure BDA0003805366020000051
由表1可知,实施例和对比例相比,本发明的高耐热高绝缘锂电池隔膜在1μm涂层厚度下150℃/1h热收缩在3%以下,氧化铝锂电池隔膜在1μm涂层厚度下150℃/1h热收缩在50%左右;本发明高耐热高绝缘锂电池隔膜击穿电压在2KV以上,对比例1的氧化铝锂电池隔膜在1.5KV以下。
由图1可知,硅酸铝纤维填充在氧化铝之间的间隙里,使涂层更加致密,同时该材料热传导率低,有良好的隔热性能,绝缘性能,能使高耐热高绝缘锂电池隔膜在高温下形变量减小,同时致密的结构能提升高耐热高绝缘锂电池隔膜的绝缘性,而图2颗粒间分布较为松散,说明单独涂覆氧化铝,使得氧化铝电池隔膜的隔热性能较差。
以上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高耐热高绝缘锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将分散剂、水、硅酸铝纤维和氧化铝搅拌均匀,超声,加入胶黏剂,在0.06-0.08KPA下超声搅拌均匀,得到锂电池隔膜涂覆浆料,其中,按质量份数计,所述分散剂、水、硅酸铝纤维、氧化铝和胶黏剂的比为(0.1~0.5):(81.5~89.9):(2~3):(3~7):(5~8);
步骤2,将步骤1所得的锂电池隔膜涂覆浆料单面涂覆在基膜上,在所述基膜的表面形成涂层,得到锂电池隔膜;
步骤3,将所述锂电池隔膜经牵引辊牵引进入烘箱中烘干,收卷,得到高耐热高绝缘锂电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤1中,所述分散剂为聚丙烯酸铵盐,所述胶黏剂为丙烯酸酯共聚物溶液,所述硅酸铝纤维和氧化铝的混合物的粒径为D50:0.383~0.669μm,D90:1.049~1.478μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤1中,所述搅拌均匀的自转速度为1500~3100r/min,公转速度为20~50r/min,时间为10~20min。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤1中,所述超声的频率为10~50kHz,超声的时间为10~20min。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤1中,所述超声搅拌均匀的自转速度为1000~3800r/min,公转速度为20~40r/min,超声的频率为5~8kHz,时间为10~20min。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤2中,所述基膜为PE基膜。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤2中,所述涂覆的速度为30~50m/min。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤2中,所述涂层的厚度为1~2μm。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述步骤3中,所述烘干的温度为50~70℃,烘干的时间为1~3min。
10.如权利要求1~9中任意一项所述制备方法获得的高耐热高绝缘锂电池隔膜。
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