本發(fā)明涉及制漿造紙領(lǐng)域，具體涉及一種鋰電池隔膜紙的制備方法。
背景技術(shù)：
電池隔膜紙作為電池中分開正極和負極的隔膜材料，主要作用是防止電池中正負電極直接接觸而短路，并能夠讓電解液中的離子在正負極之間自由通過而電子不能自由穿過，在組成電池的各個部分之中，隔膜材料起到了舉足輕重的作用，它的優(yōu)劣直接影響電池的放電容量、循環(huán)使用壽命和充放電電流密度等關(guān)鍵特性。
目前，市場上的鋰電池隔膜主要以聚乙烯(pe)和聚丙烯(pp)為代表的聚烯烴微孔拉伸膜，但由于聚烯烴制成的拉伸膜的孔隙率、吸液量及比表面能較低，對電解液的親和性能較差，在100℃以上顯示極強的熱收縮性，尺寸穩(wěn)定性差，極易造成電池正負極片接觸，發(fā)生短路，瞬間產(chǎn)生大量熱量致使電池出現(xiàn)起火，爆炸現(xiàn)象，影響動力電池的安全性。因此，如何提供一種既具有優(yōu)異的電解質(zhì)吸收性能又具有較高的熱穩(wěn)定性的鋰電池隔膜，成為本領(lǐng)域亟待解決的課題。
專利(201610138294.3)公開了一種鋰電池隔膜紙的生產(chǎn)方法，采用針葉木漂白木漿、溶解漿和納米纖維素纖度按照1:1:3的質(zhì)量比例混合均勻，加入聚氧化乙烯，在造紙機上進行抄造成形，經(jīng)干燥，壓光后制得的納米纖維素鋰電池隔膜紙。其特點是這種隔膜具備良好的隔離性能和較好的儲存穩(wěn)定性，其缺點是制備工序較復(fù)雜，耐堿性較差，容易受到電解液的腐蝕。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，以丙綸纖維、聚丙烯腈纖維以及聚酯纖維作為隔膜紙的制備原料，不僅能夠提高隔膜紙的物理強度性能和保障較好的吸堿性能,，同時由于隔膜紙強度的提高，有效防止了隔膜紙因破裂而失去離子隔離效果，具有較好的工程實用價值。此外，本發(fā)明以陶瓷廢料作為填料，變廢為寶，極大降低了原材料成本，為大規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
1、如權(quán)利要求1所述的一種鋰電池隔膜紙，其特征在于，包括以下步驟：
(1)取重量份數(shù)為40-55份的丙綸纖維放入帶攪拌器的分散桶中，加水疏解20～30min，至均勻分散于水相中，形成丙綸纖維漿料；
(2)取重量份數(shù)為25-35份的聚丙烯腈纖維放入打漿機中，加水疏解20～30min，再下輕刀打漿40～60min，待纖維完全分散無漿點，停止打漿，形成聚丙烯腈纖維漿料；
(3)取重量份數(shù)為20-30份的聚酯纖維放入打漿機中，加水疏解20～30min，再下輕刀打漿40～60min，待纖維完全分散無漿點，停止打漿，形成聚酯纖維漿料；
(4)將上述三種漿料全部放入配漿池中，再加水配至濃度為0.2％-0.5％，加1-2ml分散劑，然后加入35-53份的陶瓷廢料顆粒作為填料，攪拌均勻即得混合漿料；將稀釋后的混合漿料在網(wǎng)部脫水成型、壓榨、干燥、熱壓成型，再經(jīng)后續(xù)的卷紙、切割后得到鋰電池隔膜紙。
(5)取1.0-1.2份氮化硼分散于聚乙烯醇中得到涂布液，再將涂布液涂覆于鋰電池隔膜紙上，在壓光機上進行壓光處理，得到包含絕緣涂層的鋰電池隔膜紙。
上述方法中，所述的一種鋰電池隔膜紙，其特征在于:所述的丙綸纖維的纖維長度為1mm-8mm，纖度為0.2-0.6detx；所述的聚丙烯腈纖維的纖維長度為1mm-8mm，纖度為0.2-0.6detx；所述的聚酯纖維的纖維長度為2mm-6mm，纖度為0.1-0.3detx。
上述方法中，所述的一種鋰電池隔膜紙，其特征在于：所述分散劑為羧甲基纖維素或聚丙烯酰胺，質(zhì)量濃度為0.1-1％。
上述方法中，所述的一種鋰電池隔膜紙，其特征在于:所述的熱壓成型溫度270-350℃，時間3-6min。
上述方法中，所述的一種鋰電池隔膜紙，其特征在于:所述鋰電池隔膜紙的定量為40-50g/m2。
上述方法中，所述的一種鋰電池隔膜紙，其特征在于:所述鋰電池隔膜紙的單位面積重量為25g/m2-30g/m2。
上述方法中，所述的一種鋰電池隔膜紙，其特征在于:所述陶瓷廢料顆粒的粒徑為0.02-1μm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：
(1)本發(fā)明以丙綸纖維、聚丙烯腈纖維以及聚酯纖維作為隔膜紙的制備原料，不僅能夠提高隔膜紙的物理強度性能和保障較好的吸堿性能，同時由于隔膜紙強度的提高，有效防止了隔膜紙因破裂而失去離子隔離效果。
(2)本發(fā)明以陶瓷廢料作為填料，有利于解決廢料的處置問題，變廢為寶，此外，陶瓷廢料低廉的價格，還極大降低了隔膜紙的制造成本，有利于工程化推廣及應(yīng)用。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1
一種鋰電池隔膜紙的制備方法，包括以下步驟：
按照下列標(biāo)準(zhǔn)篩選纖維，丙綸纖維的纖維長度為2mm，纖度為0.2detx；所述的聚丙烯腈纖維的纖維長度為1mm，纖度為0.2detx；所述的聚酯纖維的纖維長度為2mm，纖度為0.1detx
步驟1：取重量份數(shù)為40份的丙綸纖維放入帶攪拌器的分散桶中，加水疏解20min，至均勻分散于水相中，形成丙綸纖維漿料；
步驟2：取重量份數(shù)為25份的聚丙烯腈纖維放入打漿機中，加水疏解20min，再下輕刀打漿40min，待纖維完全分散無漿點，停止打漿，形成聚丙烯腈纖維漿料；
步驟3：取重量份數(shù)為20份的聚酯纖維放入打漿機中，加水疏解20min，再下輕刀打漿40min，待纖維完全分散無漿點，停止打漿，形成聚酯纖維漿料；
步驟4：將上述三種漿料全部放入配漿池中，再加水配至質(zhì)量百分比濃度為0.2％，加1ml質(zhì)量濃度為0.1％羧甲基纖維素，然后加入35份粒徑為0.02μm的陶瓷廢料顆粒作為填料，攪拌均勻即得混合漿料；將稀釋后的混合漿料在網(wǎng)部脫水成型、壓榨、干燥、熱壓成型，再經(jīng)后續(xù)的卷紙、切割后得到鋰電池隔膜紙。
步驟5：取1.0份氮化硼分散于聚乙烯醇中得到涂布液，再將涂布液涂覆于鋰電池隔膜紙上，在壓光機上進行壓光處理，得到包含絕緣涂層的鋰電池隔膜紙。
實施例2
一種鋰電池隔膜紙的制備方法，包括以下步驟：
按照下列標(biāo)準(zhǔn)篩選纖維，丙綸纖維的纖維長度為6mm，纖度為0.4detx；所述的聚丙烯腈纖維的纖維長度為5mm，纖度為0.4detx；所述的聚酯纖維的纖維長度為4mm，纖度為0.2detx
步驟1：取重量份數(shù)為50份的丙綸纖維放入帶攪拌器的分散桶中，加水疏解25min，至均勻分散于水相中，形成丙綸纖維漿料；
步驟2：取重量份數(shù)為30份的聚丙烯腈纖維放入打漿機中，加水疏解25min，再下輕刀打漿50min，待纖維完全分散無漿點，停止打漿，形成聚丙烯腈纖維漿料；
步驟3：取重量份數(shù)為25份的聚酯纖維放入打漿機中，加水疏解25min，再下輕刀打漿50min，待纖維完全分散無漿點，停止打漿，形成聚酯纖維漿料；
步驟4：將上述三種漿料全部放入配漿池中，再加水配至質(zhì)量百分比濃度為0.3％，加1.5ml質(zhì)量濃度為0.5％羧甲基纖維素，然后加入40份粒徑為0.5μm的陶瓷廢料顆粒作為填料，攪拌均勻即得混合漿料；將稀釋后的混合漿料在網(wǎng)部脫水成型、壓榨、干燥、熱壓成型，再經(jīng)后續(xù)的卷紙、切割后得到鋰電池隔膜紙。
步驟5：取1.1份氮化硼分散于聚乙烯醇中得到涂布液，再將涂布液涂覆于鋰電池隔膜紙上，在壓光機上進行壓光處理，得到包含絕緣涂層的鋰電池隔膜紙。
實施例3
一種鋰電池隔膜紙的制備方法，包括以下步驟：
按照下列標(biāo)準(zhǔn)篩選纖維，丙綸纖維的纖維長度為8mm，纖度為0.6detx；所述的聚丙烯腈纖維的纖維長度為8mm，纖度為0.6detx；所述的聚酯纖維的纖維長度為6mm，纖度為0.3detx
步驟1：取重量份數(shù)為55份的丙綸纖維放入帶攪拌器的分散桶中，加水疏解30min，至均勻分散于水相中，形成丙綸纖維漿料；
步驟2：取重量份數(shù)為35份的聚丙烯腈纖維放入打漿機中，加水疏解30min，再下輕刀打漿60min，待纖維完全分散無漿點，停止打漿，形成聚丙烯腈纖維漿料；
步驟3：取重量份數(shù)為30份的聚酯纖維放入打漿機中，加水疏解30min，再下輕刀打漿60min，待纖維完全分散無漿點，停止打漿，形成聚酯纖維漿料；
步驟4：將上述三種漿料全部放入配漿池中，再加水配至質(zhì)量百分比濃度為0.5％，加2ml質(zhì)量濃度為1％聚丙烯酰胺，然后加入53份粒徑為1μm的陶瓷廢料顆粒作為填料，攪拌均勻即得混合漿料；將稀釋后的混合漿料在網(wǎng)部脫水成型、壓榨、干燥、熱壓成型，再經(jīng)后續(xù)的卷紙、切割后得到鋰電池隔膜紙。
步驟5：取1.2份氮化硼分散于聚乙烯醇中得到涂布液，再將涂布液涂覆于鋰電池隔膜紙上，在壓光機上進行壓光處理，得到包含絕緣涂層的鋰電池隔膜紙。
對實施例1-3中得到的鋰電池隔膜紙及利用隔膜制得的鋰電池電池進行了如下測試:
(1)不同隔膜的電化學(xué)阻抗值如下表所示：
從上表可以看出，在常溫下，鋰電池隔膜紙的電化學(xué)阻抗與pp膜的電化學(xué)阻抗相差不大。在常溫下，鋰電池隔膜紙的電化學(xué)阻抗值未發(fā)生較大變化；當(dāng)溫度升高時，鋰電池隔膜紙中微孔堵塞，電化學(xué)阻抗值變大，保證熱關(guān)斷作用的實現(xiàn)。
(2)應(yīng)用不同隔膜的鋰離子電池的充放電性能如下表所示：
在實際試驗時發(fā)現(xiàn)，從實施例1-3得到的復(fù)合隔膜制備的電池在140℃/5min后電壓急劇增大至設(shè)定上限，電流無法正常充電，表明沒有離子傳輸?shù)恼Ｍǖ?，該隔膜實現(xiàn)了對電池的熱關(guān)斷作用。而與之對比的是，pp膜在140℃/5min條件下，仍然正常充放電，未能實現(xiàn)關(guān)斷作用，不利于鋰電池的安全使用。
(3)應(yīng)用不同隔膜的鋰離子電池循環(huán)性能如下表所示：
可以看出，實施例1-3制備的鋰離子電池的壽命在循環(huán)600周后，容量保持率達88％以上，而普通pp膜的鋰離子電池的容量保持率僅82.2％，說明實施例1-3制備的鋰離子電池，隔膜與電解液的浸潤性較好，從而使電池具有優(yōu)越的循環(huán)性能
在所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。