專利名稱：一種凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)力電池用隔離膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，主要應(yīng)用于凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池，該電池可廣泛用于電動(dòng)汽車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)自行車、大中型儲(chǔ)能電源、光伏電站等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在石油資源日漸短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，能源、資源、環(huán)境與人類社會(huì)的和諧發(fā)展日益成為關(guān)注的焦點(diǎn)，尋求開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)石化能源的替代能源、實(shí)現(xiàn)無(wú)害資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展、謀求人與環(huán)境的和諧，實(shí)現(xiàn)汽車等主流交通工具能源供給清潔化顯得尤為迫切。目前國(guó)內(nèi)對(duì)純電動(dòng)交通工具的要求隨石油及環(huán)境危機(jī)的加劇而不斷提高，國(guó)家也將電動(dòng)汽車列入863重大專項(xiàng)計(jì)劃。目前電動(dòng)車動(dòng)カ電池主要有四種鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘 電池和鋰離子動(dòng)カ電池。過(guò)去幾十年鉛酸電池依靠其低成本和成熟的エ藝以及良好的安全性能占據(jù)了動(dòng)力電池領(lǐng)域的大部分市場(chǎng)。但是鉛酸電池也有其致命的弱點(diǎn)能量密度低、循環(huán)性能差。鉛酸電池的質(zhì)量比容量?jī)H在30Wh/Kg-50Wh/Kg，體積比能量?jī)H在70 ffh/1-100 Wh/1,循環(huán)壽命僅在300次左右。并且鉛酸電池對(duì)環(huán)境有污染，所以近幾年來(lái)政府出臺(tái)一系列政策，提高了鉛酸電池的入行門檻。在歐洲一些發(fā)達(dá)國(guó)家，鉛酸電池已經(jīng)逐步被禁止使用。鎳鎘電池、鎳氫電池由于記憶效應(yīng)和鎘污染、電壓低、能量密度低，其產(chǎn)量也在逐漸減少。而鋰離子電池具有無(wú)污染、無(wú)記憶效應(yīng)、比能量高、質(zhì)輕、長(zhǎng)循環(huán)壽命(其中磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命為2000次以上)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)動(dòng)カ鋰離子電池得到了快速發(fā)展。隨著鋰離子動(dòng)カ電池的廣泛使用，人們對(duì)它的安全性提出了更高的要求。目前市場(chǎng)化鋰離子電池多為液態(tài)鋰離子電池，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等數(shù)碼產(chǎn)品領(lǐng)域。如果將其容量和體積做大，應(yīng)用于動(dòng)カ領(lǐng)域，安全問(wèn)題將是制約其發(fā)展的瓶頸。聚合物電池的出現(xiàn)，因其有較高的安全性能，已得到廣泛的關(guān)注和研究。聚合物鋰離子電池由于采用具有離子導(dǎo)電性兼具有隔離膜作用的凝膠聚合物電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)，沒(méi)有游離的液態(tài)電解質(zhì)存在，大大提高了電池的安全性能。美國(guó)Bellcore公司首先批量生產(chǎn)聚合物鋰離子電池,其聚合物電解質(zhì)材料以聚偏氟こ烯為主，但因其エ藝復(fù)雜，成本高，且其采用的造孔劑鄰苯ニ甲酸ニ丁酷，需要丙酮多次萃取，對(duì)環(huán)境要求較高。大批量生產(chǎn)大容量聚合物鋰離子動(dòng)カ電池有其局限性。因此為了降低生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)エ藝，人們近年來(lái)研發(fā)生產(chǎn)凝膠聚合物電解質(zhì)隔離膜來(lái)代替目前液態(tài)鋰離子電池普遍使用聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的微孔膜。大量研究文獻(xiàn)表明，凝膠聚合物電解質(zhì)隔離膜就其基體材質(zhì)主要有聚氧こ烯(PEO)類、聚丙烯腈(PAN)類、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)類、聚偏氟こ烯(PVDF)類等。國(guó)內(nèi)一些專利已對(duì)它們進(jìn)行了大量說(shuō)明。中國(guó)專利號(hào)為01133737. O的專利公開(kāi)了ー種聚丙烯腈類納米孔聚合物電解質(zhì)膜的制備方法。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN1741313A、CN101153084專利公開(kāi)了以PVDF-HFP為基質(zhì)的聚合物電解質(zhì)膜的制備方法?？傊?，對(duì)凝膠聚合物電解質(zhì)膜研究和制備技術(shù)已逐步成熟，但エ業(yè)化大批量規(guī)模生產(chǎn)尚未見(jiàn)報(bào)道。因?yàn)槟z聚合物電解質(zhì)膜對(duì)膜厚度、機(jī)械強(qiáng)度和孔隙率的均勻性要求較高,エ業(yè)化批量生產(chǎn)還需一段時(shí)間去摸索。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，電池制造采用液態(tài)鋰離子電池エ藝，通過(guò)使用本發(fā)明提供的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，通過(guò)注液化成制備低成本、高安全的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池，提高電池的耐短路、耐針刺、抗沖擊、抗擠壓能力等安全性能。本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案解決的
一種凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，它是以聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔離膜為基體，在其表面涂敷ー層聚合物膠體材料和無(wú)機(jī)填料的涂層而制成。聚合物膠體材料是由聚偏氟こ烯、偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯組成的混合物。無(wú)機(jī)填料是由納米級(jí)無(wú)機(jī)粉體材料三氧化ニ鋁、ニ氧化硅或其混合物組成。
作為優(yōu)選，隔離膜表面涂層厚度為1-5 μ m,最佳優(yōu)選厚度為2-3 μ m。作為優(yōu)選，經(jīng)過(guò)涂敷聚合物膠體材料、無(wú)機(jī)填料處理的隔離膜孔隙率在30%_50%之間。作為優(yōu)選,無(wú)機(jī)填料粒度是50nm-200nm。無(wú)機(jī)填料的重量占涂層聚合物膠體材料重量的30%-100%。作為優(yōu)選，聚合物膠體材料中的聚偏氟こ烯、偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物占總體聚合物膠體材料重量的40%-70%。作為優(yōu)選，聚合物膠體材料中的聚丙烯腈占總體聚合物膠體材料重量的5%-20%。
作為優(yōu)選，聚合物膠體材料中的聚甲基丙烯酸甲酯占總體聚合物膠體材料重量的10%-40%。作為優(yōu)選，聚合物膠體材料所用溶劑選自下列溶劑的至少ー種丙酮、丁酮、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、こ酸こ酷、こ醇、碳酸ニこ酷、丁醇。作為優(yōu)選，聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔離膜選用聚丙烯微孔薄膜、聚丙烯/聚こ烯/聚丙烯三層復(fù)合微孔隔離膜。如上所述，將聚合物膠體材料溶解在所選用的溶劑中，加入納米級(jí)無(wú)機(jī)粉體材料攪拌均勻成粘稠狀漿體，經(jīng)專用涂敷設(shè)備，將粘稠狀漿體涂敷在所選用的聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔離膜上，控制涂敷層的厚度，隔離膜經(jīng)涂敷設(shè)備烘干后，再經(jīng)過(guò)真空烘烤，便制備出凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，隔離膜上聚合物膠體材料，在電解液溶脹下成凝膠狀，可制造出一種低成本，エ藝簡(jiǎn)單的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池。本發(fā)明的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜以聚偏氟こ烯、偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物電解質(zhì)膠體為基質(zhì)，加入聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酷、無(wú)機(jī)納米級(jí)粉體材料提高膠體的吸液能力、離子導(dǎo)電能力，采用聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔離膜為聚合物膠體的基體，解決了聚合物電解質(zhì)膠體薄膜機(jī)械強(qiáng)度難控制的問(wèn)題。本發(fā)明調(diào)整聚偏氟こ烯、偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物的含量提高隔離膜表面聚合物膠體粘結(jié)性能和聚合物非結(jié)晶物質(zhì)含量，加入聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酷、無(wú)機(jī)納米級(jí)粉體材料提高膠體的吸液能力、離子導(dǎo)電能力。本發(fā)明的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，可以制造出一種低成本、エ藝簡(jiǎn)單、操作性高的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池，提高了電池的耐短路、耐針刺、抗沖擊、抗擠壓能力，進(jìn)而改善和提高了鋰離子動(dòng)カ電池的安全性能。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)ー步具體的說(shuō)明。實(shí)施例I
將3000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到50000g丙酮、2000gこ酸こ酷、IOOOgこ醇溶劑中，溶解溫度40_80°C，再加入2500g三氧化ニ鋁、2500g ニ氧化硅進(jìn)行攪拌分散，制得粘稠狀漿體。用專用涂敷設(shè)備，將制備的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干后的隔離膜在經(jīng)過(guò)80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到本發(fā) 明的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，根據(jù)鋰離子動(dòng)カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔離膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔離膜。實(shí)施例2
將3000g聚偏氟こ烯、3000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、4500g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到15000g丙酮、15000g四氫呋喃、2000gこ酸こ酷、IOOOgこ醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入5000g三氧化ニ鋁進(jìn)行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用專用涂敷設(shè)備，將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干后的隔離膜在經(jīng)過(guò)80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到本發(fā)明的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，根據(jù)鋰離子動(dòng)カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔離膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔離膜。實(shí)施例3
將4000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到50000g N-甲基吡咯烷酮、2000gこ酸こ酷、IOOOgこ醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入6000g三氧化ニ鋁進(jìn)行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用專用涂敷設(shè)備，將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干后的隔離膜在經(jīng)過(guò)80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到本發(fā)明的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，根據(jù)鋰離子動(dòng)カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔離膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔離膜。實(shí)施例4
將4000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到25000g 丁酮、25000g四氫呋喃、IOOOg碳酸ニこ酷、IOOOgこ酸こ酷、IOOOg 丁醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入3500g三氧化ニ鋁、2500g ニ氧化硅進(jìn)行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用專用涂敷設(shè)備，將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干后的隔離膜在經(jīng)過(guò)80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到本發(fā)明的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，根據(jù)鋰離子動(dòng)カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔離膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔離膜。實(shí)施例5
將5000g聚偏氟こ烯、4000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到25000g 丁酮、25000g四氫呋喃、IOOOg碳酸ニこ酷、IOOOgこ酸こ酷、IOOOg 丁醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入6500g ニ氧化硅進(jìn)行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用專用涂敷設(shè)備，將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干后的隔離膜在經(jīng)過(guò)80°C真空烘烤，除去殘留的溶剤，便得到本發(fā)明的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，根據(jù)鋰離子動(dòng)カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔離膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔離膜。實(shí)施例6
將3000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到50000g N-甲基吡咯烷酮、IOOOg碳酸ニこ酷、IOOOgこ酸こ酷、IOOOg丁醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入7500g三氧化ニ鋁進(jìn)行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用專用涂敷設(shè)備，將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質(zhì)的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設(shè)備烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干，烘干后的隔離膜在經(jīng)過(guò)80°C真空烘烤，除去殘留的溶剤，便得到本發(fā)明的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)カ電池用隔離膜，根據(jù)鋰離子動(dòng)カ電池生產(chǎn)廠家需求，隔離膜經(jīng)分切，可做成不同寬度隔離膜。 對(duì)于所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例而已，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡是依照本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍內(nèi)的內(nèi)容作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)力電池用隔離膜，它是以聚丙烯、聚乙烯材質(zhì)的隔離膜為基體，其特征是在基體表面涂敷由聚合物膠體材料和無(wú)機(jī)填料組成的涂層；所述的聚合物膠體材料是由聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯組成的混合物；所述的無(wú)機(jī)填料是由納米級(jí)無(wú)機(jī)粉體材料三氧化二鋁、二氧化硅或其混合物組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)力電池用隔離膜，其特征是所述的聚丙烯、聚乙烯材質(zhì)的隔離膜基體選用聚丙烯微孔薄膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復(fù)合微孔隔離膜；所述的無(wú)機(jī)填料粒度是50nm-200nm ;所述隔離膜涂層厚度為1_5 μ m ;經(jīng)過(guò)涂敷聚合物膠體材料和無(wú)機(jī)填料處理的隔離膜孔隙率在30%-50%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)力電池用隔離膜，其特征是所述隔離膜涂層厚度優(yōu)選為2-3 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I或2、3所述的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)力電池用隔離膜，其特征是無(wú)機(jī)填料的重量占涂層聚合物膠體材料重量的30%-100%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)力電池用隔離膜，其特征是聚合物膠體材料中的聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物占總體聚合物膠體材料重量的40%-70% ;聚丙烯腈占總體聚合物膠體材料重量的5%-20% ;聚甲基丙烯酸甲酯占總體聚合物膠體材料重量的10%-40%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)力電池用隔離膜，其特征是聚合物膠體材料所用溶劑選自下列溶劑的一種或幾種丁酮、丙酮、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乙醇、碳酸二乙酯、丁醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種凝膠態(tài)聚合物鋰離子動(dòng)力電池用隔離膜，它是以聚丙烯、聚乙烯材質(zhì)的隔離膜為基體，在其表面涂敷一層聚合物膠體材料、無(wú)機(jī)填料而制成。聚合物膠體材料、無(wú)機(jī)填料涂層厚度為1-5μm，這種經(jīng)過(guò)涂層處理的隔離膜孔隙率在30%-50%之間。聚合物膠體材料由聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯組成的混合物。無(wú)機(jī)填料是由納米級(jí)無(wú)機(jī)粉體材料三氧化二鋁、二氧化硅或其混合物組成，粒度是50nm-200nm。由本發(fā)明隔離膜做成鋰離子動(dòng)力電池，安全性好，提高電池的耐短路、耐針刺、抗沖擊、抗擠壓能力，可廣泛用于電動(dòng)汽車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)自行車、大中型儲(chǔ)能電源、光伏電站等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01M2/16GK102867931SQ201210382760
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者徐建貞, 朱玉法, 柳艾美, 孟慶帥 申請(qǐng)人:山東天陽(yáng)新能源有限公司