專利名稱：一種鋰離子電池隔膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池隔膜的制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有循環(huán)使用壽命長(zhǎng)，比能量高，安全性能好，而且體積小、質(zhì)量輕、無(wú) 記憶性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域，鋰離子電池一般采用疊層或卷繞的方 式組裝，正負(fù)極片在疊層或卷繞過(guò)程中通過(guò)隔膜隔開(kāi)，防止正負(fù)極之間直接產(chǎn)生電子通路， 同時(shí)要求正負(fù)極片所處的電解液中的離子自由穿過(guò)隔膜，形成離子電流，因此要求隔膜具 有良好的電絕緣性和能夠讓離子通過(guò)的多微孔結(jié)構(gòu)。目前的隔膜是在多孔基材上涂覆涂層 組合物制成，涂層組合物一般是由烯烴聚合物和納米顆粒填充物組成。CN101281961A公開(kāi) 了一種鋰離子電池隔膜用涂層組合物及其隔膜，其中涂層組合物是由粘結(jié)劑和電絕緣納米 顆粒組成，制備隔膜時(shí)將粘結(jié)劑和電絕緣納米顆粒用溶劑制成懸浮液，然后將其涂覆在多 孔柔性基體上，加熱烘干得到隔膜。但是近年來(lái)鋰離子電池已逐步拓展到電動(dòng)自行車及電動(dòng)汽車領(lǐng)域，正朝著大功 率、大電流方向發(fā)展，鋰離子電池的隔膜工作溫度也隨之提高，隔膜容易在熱脹冷縮的作用 下造成涂層中電絕緣納米顆粒的剝落，使隔膜的微孔結(jié)構(gòu)在高溫工作環(huán)境下產(chǎn)生閉塞，導(dǎo) 致離子穿越隔膜受阻，會(huì)進(jìn)一步的提高電池的工作溫度，從而加速鋰離子電池的損壞，最終 降低電池的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池隔膜的制備方法，提高隔膜的耐高溫能力， 避免隔膜中電絕緣納米粒子在工作中脫落。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的制備方 法，包括如下步驟
1)將粘結(jié)劑10-60份和電絕緣納米顆粒10-30份用溶劑配制成懸浮液；
2)將配置的懸浮液均勻的涂覆在多孔柔性基體上形成涂層，
3)將涂覆有涂層的多孔柔性基體于60-130°C下加熱干燥，至涂層的溶劑含量為 10-20wt%，再對(duì)涂層進(jìn)行軋壓，軋壓的強(qiáng)度為30-300 N/cm2，然后繼續(xù)于100_160°C烘焙至 完全干燥，得到鋰離子電池隔膜。步驟2)所述涂層的涂覆厚度為1 10 μ m ； 向步驟1)配制的懸浮液中加入0. 1-5份分散劑。所述溶劑選用N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基丙烯酰胺、N, N- 二甲基甲酰胺或二 甲基亞砜。所述分散劑聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚丙烯酸鈉、聚丙 烯中的一種或其任意組合。步驟1)所述配制的懸浮液的固含量為35_65wt%。
所述粘結(jié)劑為聚偏氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、氟化乙烯和六氟丙 烯聚合物中的一種或其任意組合。所述電絕緣納米顆粒為氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化硅、碳酸鈣、硫酸鋇、粘土中 的一種或其任意組合。所述電絕緣納米顆粒的粒徑為3-800納米。本發(fā)明鋰離子電池隔膜的制備方法，在涂層干燥至溶劑含量為10_20wt%時(shí)采用 軋壓處理，可以顯著提高電絕緣納米粒子與多孔柔性基體的結(jié)合力，從而為隔膜的耐高溫 性能提供保障。在涂層加熱干燥過(guò)程中溶劑不斷的散失，電絕緣納米粒子與粘結(jié)劑之間變 得疏松從而電絕緣納米粒子的粘結(jié)強(qiáng)度降低，在合適的時(shí)機(jī)對(duì)涂層進(jìn)行軋壓處理，使電絕 緣納米粒子與粘結(jié)劑之間變得致密，從而加強(qiáng)了電絕緣納米粒子與粘結(jié)劑的粘接強(qiáng)度，避 免在以后的使用過(guò)程中因熱脹冷縮導(dǎo)致電絕緣納米粒子脫落的問(wèn)題。如果溶劑含量過(guò)大 時(shí)，涂層依然具有很大的流動(dòng)性，而且涂層上的孔隙正在形成，此時(shí)軋壓會(huì)顯著降低涂層上 孔隙，從而影響隔膜的孔隙率，還會(huì)使涂層向四周延展，降低單位面積上的涂層涂覆量；如 果溶劑含量過(guò)小，涂層已經(jīng)基本干結(jié)，此時(shí)再進(jìn)行軋壓并不能使電絕緣納米粒子與粘結(jié)劑 之間變得致密，已經(jīng)不會(huì)對(duì)涂層產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。因此本發(fā)明選擇在涂層干燥至溶劑含 量為10-20wt%進(jìn)行軋壓，而且在軋壓后進(jìn)行快速干燥，避免再次出現(xiàn)電絕緣納米粒子與粘 結(jié)劑之間的疏松問(wèn)題，加強(qiáng)了電絕緣納米粒子與粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度，另外又不會(huì)影響隔膜 的孔隙率。本發(fā)明鋰離子電池隔膜的孔隙率為60-70%，孔徑50-110nm，能夠耐受最高400°C 的尚溫。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法如下
1)取一定量的N-甲基吡咯烷酮加入容器中，加熱至90°C加入10份的聚偏氯乙烯攪拌 至完全溶解，再加入10份氧化鋁(粒徑為lOnm)，并持續(xù)攪拌90分鐘得到懸浮液，懸浮液的 固含量為35wt% ；
2)將配置的懸浮液均勻的涂覆在多孔柔性基體上形成涂層，涂層的涂覆厚度為1μ m， 多孔柔性基體為聚烯烴多孔薄膜；
3)將涂覆有涂層的多孔柔性基體于60°C下加熱干燥，至涂層的溶劑含量為10襯％，再 對(duì)涂層進(jìn)行軋壓，軋壓的強(qiáng)度為300 N/cm2，然后繼續(xù)于100°C烘焙至完全干燥，得到鋰離子 電池隔膜。本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的孔隙率為60%，孔徑為50nm，厚度為15μπι，能 夠耐受300 0C的高溫，縱向拉伸強(qiáng)度為2lOMPa，橫向拉伸強(qiáng)度為140MPa，離子導(dǎo)電性 3. 4Χ1(Γ3σ /S · cnT1。實(shí)施例2
本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法如下
1)取一定量的N，N- 二甲基丙烯酰胺加入容器中，加熱至90°C加入30份的聚丙烯酸攪 拌至完全溶解，再加入20份氧化鋯(粒徑為200nm)和5份聚乙烯吡咯烷酮，并持續(xù)攪拌90 分鐘得到懸浮液，懸浮液的固含量為50wt% ；2)將配置的懸浮液均勻的涂覆在多孔柔性基體上形成涂層，涂層的涂覆厚度為10μ m， 多孔柔性基體為聚烯烴多孔薄膜；
3)將涂覆有涂層的多孔柔性基體于90°C下加熱干燥，至涂層的溶劑含量為15wt%，再 對(duì)涂層進(jìn)行軋壓，軋壓的強(qiáng)度為120 N/cm2，然后繼續(xù)于130°C烘焙至完全干燥，得到鋰離子 電池隔膜。本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的孔隙率為70%，孔徑為llOnm，厚度為60μπι，能 夠耐受400 0C的高溫，縱向拉伸強(qiáng)度為205MPa，橫向拉伸強(qiáng)度為125MPa，離子導(dǎo)電性 9. 8 X 10_3σ /S · CnT1。實(shí)施例3
本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的制備方法如下
1)取一定量的N，N-二甲基甲酰胺加入容器中，加熱至90°C加入60份的聚四氟乙烯攪 拌至完全溶解，再加入30份碳酸鈣(粒徑為SOOnm)和0. 1份聚乙二醇，并持續(xù)攪拌90分鐘 得到懸浮液，懸浮液的固含量為65wt% ；
2)將配置的懸浮液均勻的涂覆在多孔柔性基體上形成涂層，涂層的涂覆厚度為5μπι， 多孔柔性基體為聚烯烴多孔薄膜；
3)將涂覆有涂層的多孔柔性基體于130°C下加熱干燥，至涂層的溶劑含量為20wt%，再 對(duì)涂層進(jìn)行軋壓，軋壓的強(qiáng)度為30 N/cm2，然后繼續(xù)于160°C烘焙至完全干燥，得到鋰離子 電池隔膜。本實(shí)施例的鋰離子電池隔膜的孔隙率為65%，孔徑為80nm，厚度為30 μ m，能 夠耐受350 0C的高溫，縱向拉伸強(qiáng)度為240MPa，橫向拉伸強(qiáng)度為150MPa，離子導(dǎo)電性 2. O X 10_2σ/S · cm-1。本發(fā)明中的粘結(jié)劑、電絕緣納米粒子和多孔柔性基體，針對(duì)現(xiàn)有的隔膜或涂層材 料可以進(jìn)行常規(guī)選擇。所采用的溶劑也可以根據(jù)現(xiàn)有隔膜材料進(jìn)行常規(guī)選擇，凡是采用干 燥過(guò)程中軋壓的技術(shù)方案，應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池隔膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)將粘結(jié)劑10-60份和電絕緣納米顆粒10-30份用溶劑配制成懸浮液；2)將配置的懸浮液均勻的涂覆在多孔柔性基體上形成涂層，3)將涂覆有涂層的多孔柔性基體于60-130°C下加熱干燥，至涂層的溶劑含量為 10-20wt%,再對(duì)涂層進(jìn)行軋壓，軋壓的強(qiáng)度為30-300 N/cm2,然后繼續(xù)于100-160°C烘焙至 完全干燥，得到鋰離子電池隔膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制備方法，其特征在于步驟2)所述涂層 的涂覆厚度為1 10 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制備方法，其特征在于向步驟1)配制的 懸浮液中加入0. 1-5份分散劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池隔膜的制備方法，其特征在于所述溶劑選用 N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基甲酰胺或二甲基亞砜。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子電池隔膜的制備方法，其特征在于所述分散劑聚乙 二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚丙烯酸鈉、聚丙烯中的一種或其任意組合
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制備方法，其特征在于步驟1)所述配制 的懸浮液的固含量為35-65wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制備方法，其特征在于所述粘結(jié)劑為聚 偏氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、氟化乙烯和六氟丙烯聚合物中的一種或其任思組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制備方法，其特征在于所述電絕緣納米 顆粒為氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化硅、碳酸鈣、硫酸鋇、粘土中的一種或其任意組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的鋰離子電池隔膜的制備方法，其特征在于所述電絕緣 納米顆粒的粒徑為3-800納米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子電池隔膜的制備方法，首先配制懸浮液，再將懸浮液涂覆在多孔柔性基體上，然后干燥至溶劑含量為10-20%進(jìn)行軋壓處理，繼續(xù)干燥完全得到鋰離子電池隔膜。本發(fā)明鋰離子電池隔膜的制備方法，在涂層干燥至溶劑含量為10-20wt%時(shí)采用軋壓處理，可以顯著提高電絕緣納米粒子與多孔柔性基體的結(jié)合力，從而為隔膜的耐高溫性能提供保障。本發(fā)明鋰離子電池隔膜的孔隙率為60-70%，孔徑50-110nm，能夠耐受最高400℃的高溫。
文檔編號(hào)H01M2/14GK102148344SQ201110058918
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者萬(wàn)新水, 吳志庭, 朱曉, 李順陽(yáng), 蔣占偉, 陳娜, 靳磊, 黃元強(qiáng) 申請(qǐng)人:河南義騰新能源科技有限公司