一種鋰離子電池隔膜制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子電池隔膜及其制備方法。本發(fā)明提供的鋰離子電池隔膜分為三層，其中芯層為棉纖維薄膜層，上下表層為聚丙烯纖維薄膜層。其中隔膜芯層由棉纖維經(jīng)打漿后再配以抗氧化劑、阻燃劑等采用濕法抄造工藝經(jīng)抄造成膜；表層由聚丙烯纖維經(jīng)親水性改性后再配以粘接劑采用濕法抄造工藝經(jīng)抄造成膜；然后以棉纖維膜為芯層，聚丙烯纖維膜為上下表層在110℃～150℃條件下以雙熱壓輥熱壓而成鋰離子電池隔膜。鋰離子電池隔膜的孔隙率為40%～80%，孔徑為0.01微米～0.2微米；縱橫向拉伸強(qiáng)度基本一致，為120～300Mpa；穿刺強(qiáng)度>20kg·mm-1；90℃下收縮率<1%；厚度為20微米～60微米。該隔膜具有孔隙分布均勻，機(jī)械強(qiáng)度高，收縮率低，熱穩(wěn)定性高，親/保液性能良好，且制備簡(jiǎn)單，無污染，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種鋰離子電池隔膜制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電隔膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隔膜是鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一，用來阻隔正極和負(fù)極，防止電池內(nèi)短路，便又允許離子通過，從而完成在電化學(xué)充放電過程中鋰離子在正負(fù)極之間的傳輸。隔膜的性能決定了電池的內(nèi)阻，直接影響電池的容量、充放電等特性。作為鋰離子電池隔膜，必須具備好的機(jī)械強(qiáng)度尤其是抗穿刺強(qiáng)度、耐電解液的腐蝕能力、合適的孔隙率、較高親液及保液性能。優(yōu)異性能的隔膜對(duì)提高鋰離子電池的綜合性能具有重要作用。現(xiàn)有的鋰季離子電池隔膜主要采用聚乙烯和聚丙烯作為原料，制備聚乙烯膜和聚丙烯膜的方法主要用干法和濕法拉伸工藝，目前主要采用的是干法生產(chǎn)隔膜，即將聚烯烴熔融、擠壓、吹制成結(jié)晶性高分子薄膜，再經(jīng)結(jié)晶化熱處理、退火，得到高度取向的多層結(jié)構(gòu)，在高溫下進(jìn)一步拉伸，將結(jié)晶界面剝離，形成多孔結(jié)構(gòu)的薄膜。干法具有工藝簡(jiǎn)單，便對(duì)孔隙率和孔徑不能很好的控制。目前干法生產(chǎn)的聚烯烴隔膜具有孔徑分布不均勻、機(jī)械強(qiáng)度低、熱穩(wěn)定性欠佳以及親/保液性差的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種孔徑分布均勻，機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性高以及親/保液性能良好的鋰離子電池隔膜。
[0004]同時(shí)，本發(fā)明的目的還在于提供一種理離子電池隔膜的制備方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種鋰離子電池隔膜，該隔膜由棉纖維制備的芯層和由聚丙烯纖維制備的上下表層共三層組成。
[0006]所述鋰離子電池隔膜的孔隙率為40%?80%，孔徑為0.01微米?0.2微米；縱橫向拉伸強(qiáng)度基本一致，為120?300Mpa ;穿刺強(qiáng)度>20kg.mm 1 ;90°C下收縮率〈2% ;厚度為20微米?60微米。
[0007]所述鋰離子電池隔膜，其芯層中抗氧化劑的質(zhì)量百分含量為0.01?1%，阻燃劑的質(zhì)量百分含量為0.01?1%，其余為打漿度為50?75°的棉纖維。
[0008]所述鋰離子電池隔膜，其表層中粘接劑的質(zhì)量百分含量為0.1?10%，其余為改性聚丙烯纖維。
[0009]所述鋰離子電池隔膜，其改性聚丙烯纖維中改性劑百分含量為0.1?10%，添加劑百分含量為0.01?1%。
[0010]所述鋰離子電池隔膜，其改性聚丙烯纖維的密度為0.95?1.05g.cm_3。
[0011]所述抗氧化劑為二丁基羥基甲苯、二丁基羥基茴香醚、鄰苯二甲酸二丁酯與鄰苯二甲酸二辛酯之至少一種。
[0012]所述阻燃劑為磷酸氯乙酯聚合物、多聚磷酸銨、氫氧化鋁、氫氧化鎂之至少一種。
[0013]所述粘接劑為PVA、PVDF之至少一種。[0014]所述改性劑為新制輕質(zhì)碳酸鈣，添加劑為丙烯酸鈉。
[0015]一種鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)將棉纖維致于水中，配成漿濃為2%~5%的混合物，致于打漿機(jī)內(nèi)打漿至打漿度(或叩解度)為50~75° ;
(2)將50~75°的棉纖維衆(zhòng)料至于水中，配成衆(zhòng)濃為0.5%~2%的懸浮液,加入抗氧化劑和阻燃劑，攪拌均勻后于銅網(wǎng)上脫水成型，經(jīng)壓榨、干燥成膜，待用；
(3)將聚丙烯纖維經(jīng)沸水中除油、潤(rùn)脹，加入改性輕質(zhì)碳酸鈣和添加劑丙烯酸鈉，攪拌，獲得具有親水性的改性聚丙烯纖維；
(4)將改性聚丙烯纖維至于水中，濃度為1%~3%，加入膠粘劑，混合均勻后于銅網(wǎng)上脫水成型，干燥成膜；
(5)將兩張聚丙烯膜夾一張棉纖維膜引入雙熱壓輥，在溫度110°C~150°C，壓力為100-200kgf.cm-2的條件下，熱壓成具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0016]本發(fā)明提供的鋰離子電池隔膜分為三層，其中芯層為棉纖維薄膜層，上下表層為聚丙烯纖維薄膜層。各層薄膜直接采用纖維為原料，經(jīng)濕法抄造工藝抄造成膜，本發(fā)明提供的制備方法可使膜層中纖維鏈排列更加規(guī)整，縱、橫向的機(jī)械強(qiáng)度更均勻一致，具備更高的耐刺穿、耐張緊等性能，更重要的是制得的鋰離子電池隔膜的高溫收縮率顯著降低(90 OC下收縮率〈1%)，使隔膜的熱穩(wěn)定性能更好，因此極大的提高了使用該隔膜的鋰離子電池的安全性能。
[0017]本發(fā)明提供的鋰離子電池隔膜芯層真接采用棉纖維抄造成膜，由于棉纖維對(duì)電解液的極好的親/保液性能，使得鋰離子可以快速通過隔膜，保證了電解液/隔膜系統(tǒng)高的電導(dǎo)率，有效提高了鋰離子電池的容量和充放電性能。
[0018]本發(fā)明制得的鋰離子電池隔膜的孔隙率為40%~80%，孔徑為0.01微米~0.2微米；縱橫向拉伸強(qiáng)度基本一致，為120~300Mpa ;穿刺強(qiáng)度>20kg ^mm1 ;90°C下收縮率〈1% ；厚度為20微米~60微米。該隔膜具有孔隙分布均勻，機(jī)械強(qiáng)度高，收縮率低，熱穩(wěn)定性高，親/保液性能良好，且制備簡(jiǎn)單，無污染，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]其中:1 一隔膜的棉纖維芯層，2—隔膜的聚丙烯表層
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
本實(shí)施例的理離子電池隔膜的原來斗配方見表1所示。
[0022]本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)按表1所示的原料配比稱取各原料，將棉纖維與水以4:100的比例配成混合物，置于打漿機(jī)內(nèi)，制得打漿度為60°的棉漿，脫水，測(cè)定其水分；
(2)將步驟(1)所得棉漿與水以1:100的比例配成混合物，加入抗氧化劑和阻燃劑，經(jīng)攪拌分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，再經(jīng)壓榨、90°C干燥成膜，待用；
(3)將改性聚丙烯纖 維與水以1:100的比例配成懸浮液，加入膠粘劑，攪拌，均勻分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，110°c干燥成膜；
(4)重復(fù)步驟(3)；
(5)將步驟(3)與步驟(4)所得聚丙烯膜作為上下表層，步驟(2)所行棉纖維膜作為芯層復(fù)合引入雙熱壓輥，在溫度為110°C，壓力為IOOkgf.cm-2的條件下熱壓，得具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0023]實(shí)施例2
本實(shí)施例的理離子電池隔膜的原來斗配方見表I所示。
[0024]本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)按表I所示的原料配比稱取各原料，將棉纖維與水以4:100的比例配成混合物，置于打漿機(jī)內(nèi)，制得打漿度為60°的棉漿，脫水，測(cè)定其水分；
(2)將步驟(I)所得棉漿與水以1:100的比例配成混合物，加入抗氧化劑和阻燃劑，經(jīng)攪拌分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，再經(jīng)壓榨、110°C干燥成膜，待用；
(3)將改性聚丙烯纖維與水以1:100的比例配成懸浮液，加入膠粘劑，攪拌，均勻分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，90°C干燥成膜；
(4)重復(fù)步驟(3)；
(5)將步驟(3)與步驟(4)所得聚丙烯膜作為上下表層，步驟(2)所行棉纖維膜作為芯層復(fù)合引入雙熱壓輥，在溫度為130°C，壓力為160kgf.cm-2的條件下熱壓，得具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0025]實(shí)施例3
本實(shí)施例的理離子電池隔膜的原來斗配方見表I所示。
[0026]本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)按表I所示的原料配比稱取各原料，將棉纖維與水以4:100的比例配成混合物，置于打漿機(jī)內(nèi)，制得打漿度為60°的棉漿，脫水，測(cè)定其水分；
(2)將步驟(I)所得棉漿與水以1:100的比例配成混合物，加入抗氧化劑和阻燃劑，經(jīng)攪拌分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，再經(jīng)壓榨、110°C干燥成膜，待用；
(3)將改性聚丙烯纖維與水以1:100的比例配成懸浮液，加入膠粘劑，攪拌，均勻分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，90°C干燥成膜；
(4)重復(fù)步驟(3)；
(5)將步驟(3)與步驟(4)所得聚丙烯膜作為上下表層，步驟(2)所行棉纖維膜作為芯層復(fù)合引入雙熱壓輥，在溫度為150°C，壓力為200kgf.cm-2的條件下熱壓，得具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0027]實(shí)施例4
本實(shí)施例的理離子電池隔膜的原來斗配方見表I所示。
[0028]本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)按表I所示的原料配比稱取各原料，將棉纖維與水以4:100的比例配成混合物，置于打漿機(jī)內(nèi)，制得打漿度為65°的棉漿，脫水，測(cè)定其水分；
(2)將步驟(I)所得棉漿與水以1:100的比例配成混合物，加入抗氧化劑和阻燃劑，經(jīng)攪拌分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，再經(jīng)壓榨、110°C干燥成膜，待用；
(3)將改性聚丙烯纖維與水以1:100的比例配成懸浮液，加入膠粘劑，攪拌，均勻分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，90°C干燥成膜；
(4)重復(fù)步驟(3)；
(5)將步驟(3)與步驟(4)所得聚丙烯膜作為上下表層，步驟(2)所行棉纖維膜作為芯層復(fù)合引入雙熱壓輥，在溫度為110°C，壓力為130kgf.cm-2的條件下熱壓，得具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0029]實(shí)施例5
本實(shí)施例的理離子電池隔膜的原來斗配方見表I所示。
[0030]本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(I)按表I所示的原料配比稱取各原料，將棉纖維與水以4:100的比例配成混合物，置于打漿機(jī)內(nèi)，制得打漿度為65°的棉漿，脫水，測(cè)定其水分；
(2)將步驟(I)所得棉漿與水以1:100的比例配成混合物，加入抗氧化劑和阻燃劑，經(jīng)攪拌分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，再經(jīng)壓榨、110°C干燥成膜，待用；
(3)將改性聚丙烯纖維與水以1:100的比例配成懸浮液，加入膠粘劑，攪拌，均勻分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，90°C干燥成膜；
(4)重復(fù)步驟(3)；
(5)將步驟(3)與步驟(4)所得聚丙烯膜作為上下表層，步驟(2)所行棉纖維膜作為芯層復(fù)合引入雙熱壓輥，在溫度為130°C，壓力為200kgf.cm-2的條件下熱壓，得具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0031]實(shí)施例6
本實(shí)施例的理離子電池隔膜的原來斗配方見表I所示。
[0032]本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(I)按表I所示的原料配比稱取各原料，將棉纖維與水以4:100的比例配成混合物，置于打漿機(jī)內(nèi)，制得打漿度為70°的棉漿，脫水，測(cè)定其水分；
(2)將步驟(I)所得棉漿與水以1:100的比例配成混合物，加入抗氧化劑和阻燃劑，經(jīng)攪拌分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，再經(jīng)壓榨、110°C干燥成膜，待用；
(3)將改性聚丙烯纖維與水以1:100的比例配成懸浮液，加入膠粘劑，攪拌，均勻分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，90°C干燥成膜；
(4)重復(fù)步驟(3)；
(5)將步驟(3)與步驟(4)所得聚丙烯膜作為上下表層，步驟(2)所行棉纖維膜作為芯層復(fù)合引入雙熱壓輥，在溫度為110°C，壓力為160kgf.cm-2的條件下熱壓，得具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0033]實(shí)施例7
本實(shí)施例的理離子電池隔膜的原來斗配方見表I所示。
[0034]本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)按表I所示的原料配比稱取各原料，將棉纖維與水以4:100的比例配成混合物，置于打漿機(jī)內(nèi)，制得打漿度為70°的棉漿，脫水，測(cè)定其水分；
(2)將步驟(I)所得棉漿與水以1:100的比例配成混合物，加入抗氧化劑和阻燃劑，經(jīng)攪拌分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，再經(jīng)壓榨、110°C干燥成膜，待用；
(3)將改性聚丙烯纖維與水以1:100的比例配成懸浮液，加入膠粘劑，攪拌，均勻分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，90°C干燥成膜；
(4)重復(fù)步驟(3)；
(5)將步驟(3)與步驟(4)所得聚丙烯膜作為上下表層，步驟(2)所行棉纖維膜作為芯層復(fù)合引入雙熱壓輥，在溫度為130°C，壓力為IlOkgf.cm-2的條件下熱壓，得具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0035]實(shí)施例8
本實(shí)施例的理離子電池隔膜的原來斗配方見表I所示。
[0036]本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(I)按表I所示的原料配比稱取各原料，將棉纖維與水以4:100的比例配成混合物，置于打漿機(jī)內(nèi)，制得打漿度為70°的棉漿，脫水，測(cè)定其水分；
(2)將步驟(I)所得棉漿與水以1:100的比例配成混合物，加入抗氧化劑和阻燃劑，經(jīng)攪拌分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，再經(jīng)壓榨、110°C干燥成膜，待用；
(3)將改性聚丙烯纖維與水以1:100的比例配成懸浮液，加入膠粘劑，攪拌，均勻分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，90°C干燥成膜；
(4)重復(fù)步驟(3)；
(5)將步驟(3)與步驟(4)所得聚丙烯膜作為上下表層，步驟(2)所行棉纖維膜作為芯層復(fù)合引入雙熱壓輥，在溫度為120°C，壓力為160kgf.cm-2的條件下熱壓，得具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0037]實(shí)施例9
本實(shí)施例的理離子電池隔膜的原來斗配方見表I所示。
[0038]本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)按表I所示的原料配比稱取各原料，將棉纖維與水以4:100的比例配成混合物，置于打漿機(jī)內(nèi)，制得打漿度為75°的棉漿，脫水，測(cè)定其水分；
(2)將步驟(I)所得棉漿與水以1:100的比例配成混合物，加入抗氧化劑和阻燃劑，經(jīng)攪拌分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，再經(jīng)壓榨、110°C干燥成膜，待用；
(3)將改性聚丙烯纖維與水以1:100的比例配成懸浮液，加入膠粘劑，攪拌，均勻分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，90°C干燥成膜；
(4)重復(fù)步驟(3)
(5)將步驟(3)與步驟(4)所得聚丙烯膜作為上下表層，步驟(2)所行棉纖維膜作為芯層復(fù)合引入雙熱壓輥，在溫度為130°C，壓力為130kgf.cm-2的條件下熱壓，得具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0039]實(shí)施例10
本實(shí)施例的理離子電池隔膜的原來斗配方見表I所示。
[0040]本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)按表I所示的原料配比稱取各原料，將棉纖維與水以4:100的比例配成混合物，置于打漿機(jī)內(nèi)，制得打漿度為75°的棉漿，脫水，測(cè)定其水分；
(2)將步驟(I)所得棉漿與水以1:100的比例配成混合物，加入抗氧化劑和阻燃劑，經(jīng)攪拌分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，再經(jīng)壓榨、110°C干燥成膜，待用；
(3)將改性聚丙烯纖維與水以1:100的比例配成懸浮液，加入膠粘劑，攪拌，均勻分散后于銅網(wǎng)上脫水成型，90°C干燥成膜；
(4)重復(fù)步驟(3)；
(5)將步驟(3)與步驟(4)所得聚丙烯膜作為上下表層，步驟(2)所行棉纖維膜作為芯層復(fù)合引入雙熱壓輥，在溫度為130°C，壓力為200kgf.cm-2的條件下熱壓，得具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
[0041]表1各實(shí)施例理離子電池隔膜的原料配比
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池隔膜，其特征在于:該隔膜由棉纖維制備的芯層和由聚丙烯纖維制備的上下表層共三層組成。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池隔膜，其特征在于:所述鋰離子電池隔膜的孔隙率為40%?80%，孔徑為0.01微米?0.2微米；縱橫向拉伸強(qiáng)度基本一致，為120?300Mpa ；穿刺強(qiáng)度>20kg.mm 1 ;90°C下收縮率〈1% ;厚度為20微米?60微米。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池隔膜，其特征在于:芯層中抗氧化劑的質(zhì)量百分含量為0.01?1%，阻燃劑的質(zhì)量百分含量為0.01?1%，其余為打漿度為50?75°的棉纖維。
4.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池隔膜，其特征在于:表層中粘接劑的質(zhì)量百分含量為0.1?10%，其余為改性聚丙烯纖維。
5.如權(quán)利要求3所述的鋰離子電池隔膜，其特征在于:改性聚丙烯纖維中改性劑百分含量為0.1?10%，添加劑百分含量為0.01 ~ 1%。
6.如權(quán)利要求3所述的鋰離子電池隔膜，其特征在于:抗氧化劑為二丁基羥基甲苯、要丁要羥基茴香醚、鄰苯二甲酸二丁酯與鄰苯二甲酸二辛酯之至少一種。
7.如權(quán)利要求3所述的鋰離子電池隔膜，其特征在于:阻燃劑為磷酸氯乙酯聚合物、多聚磷酸銨、氫氧化鋁、氫氧化鎂之至少一種。
8.如權(quán)利要求4述的鋰離子電池隔膜，其特征在于:粘接劑為PVA、PVDF之至少一種。
9.如權(quán)利要求5所述的鋰離子電池隔膜，其特征在于:改性劑為新制改性輕質(zhì)碳酸鈣。
10.如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將棉纖維致于水中，配成漿濃為2%?5%的混合物，致于打漿機(jī)內(nèi)打漿至打漿度(或叩解度)為50?75° ; (2)將50?75°的棉纖維衆(zhòng)置至于水中，配成衆(zhòng)濃為0.5%?2%的懸浮液,加入抗氧化劑和阻燃劑，攪拌均勻后于銅網(wǎng)上脫水成型，經(jīng)壓榨、干燥成膜，待用； (3)將聚丙烯纖維經(jīng)沸水中除油、潤(rùn)脹，加入改性輕質(zhì)碳酸鈣和添加劑丙烯酸鈉，攪拌，獲得具有親水性的改性聚丙烯纖維； (4)將改性聚丙烯纖維置于水中，濃度為1%?3%，加入膠粘劑，混合均勻后于銅網(wǎng)上脫水成型，干燥成膜； (5)將兩張聚丙烯膜夾一張棉纖維膜引入雙熱壓輥，在溫度110°C?150°C，壓力為100-200kgf.cm-2的條件下，熱壓成具有三層結(jié)構(gòu)的鋰離子電池隔膜。
【文檔編號(hào)】H01M2/16GK103700800SQ201410010884
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】張雄飛, 陳啟杰 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)