一種摻雜納米陶瓷顆粒的pe隔膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜及其制備方法，包括以下步驟：a、將易發(fā)生水解反應(yīng)的異丙醇鹽按一定質(zhì)量比例加入到醇類有機(jī)溶劑中，攪拌至完全溶解，得到納米陶瓷顆粒溶液；b、將PE隔膜浸泡到納米陶瓷顆粒溶液中一定時間；c、將經(jīng)過浸泡過的PE隔膜放入一定濕度的烤箱內(nèi)烘烤一定時間，得到摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜。本發(fā)明使得異丙醇鹽水解后形成附著于PE隔膜上的納米級陶瓷顆粒，相比于傳統(tǒng)的噴刷、浸漬方式，本發(fā)明的陶瓷顆粒分布更加均勻，孔隙控制效果更好，隔膜性能一致性更高，提高了隔膜的電解熱親和性；而且，采用這種方式獲得的陶瓷顆粒與基體的結(jié)合更加牢固，能夠保持PE隔膜性能的長久穩(wěn)定，提高鋰電池的使用壽命。
【專利說明】
一種摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池隔膜生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種摻雜納米陶瓷顆粒的PE 隔膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池主要包括四大關(guān)鍵材料，分別是正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液， 隔膜作為鋰離子電池的重要組成部分，在電池中起著防止正負(fù)極短路的作用；過充或溫度 升高時，隔膜通過閉孔來阻隔電流傳導(dǎo)，防止爆炸;此外，在充放電過程中隔膜有提供離子 運(yùn)輸通道的作用。隔膜性能優(yōu)劣決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池容量、循環(huán) 性能、充放電電流密度以及安全性能等關(guān)鍵特性。
[0003] 無機(jī)陶瓷材料具有很高的熔點(diǎn)、好的電解液親和性、熱穩(wěn)定性以及很好的電化學(xué) 惰性，目前國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)普遍選用噴刷、浸漬、電紡絲技術(shù)、濕式涂布法等將無機(jī) 陶瓷材料涂覆在隔膜表面以提高隔膜性能，但噴刷、浸漬制備的涂層厚度和孔隙率控制不 均，隔膜性能一致性差;靜電紡絲技術(shù)存在理論還不夠完善、生產(chǎn)效率低、纖維之間不粘連 及機(jī)械強(qiáng)度低、溶劑回收難、環(huán)境污染等問題。同時這幾種方法又存在涂層不均勻、陶瓷顆 粒與基體粘結(jié)不牢固，容易掉粉掉料等現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，提供一種摻雜納米陶瓷顆粒的PE膜及其制備方 法，其可使納米陶瓷顆粒分布更加均勻，與基體粘結(jié)更加牢固，不易掉粉，使隔膜獲得良好 及穩(wěn)定的電解液親和力。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案：
[0006] 一種摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜的制備方法，包括以下步驟：
[0007] a、將易發(fā)生水解反應(yīng)的異丙醇鹽按一定質(zhì)量比例加入到醇類有機(jī)溶劑中，攪拌至 完全溶解，得到納米陶瓷顆粒溶液；
[0008] b、將PE隔膜浸泡到納米陶瓷顆粒溶液中一定時間；
[0009] C、將經(jīng)過浸泡過的PE隔膜放入一定濕度的烤箱內(nèi)烘烤一定時間，得到摻雜納米陶 瓷顆粒的PE隔膜。
[0010] 作為一種優(yōu)選方案，所述異丙醇鹽選自但不限于異丙醇鋁或異丙醇鈦，所述醇類 有機(jī)溶劑選自但不限于甲醇、乙醇、乙二醇或異丙醇。
[0011] 作為一種優(yōu)選方案，所述異丙醇鹽的粒徑<200nm。
[0012] 作為一種優(yōu)選方案，所述異丙醇鹽所占醇類有機(jī)溶劑的質(zhì)量比例為1%~10%。
[0013] 作為一種優(yōu)選方案，所述PE隔膜浸泡到納米陶瓷顆粒溶液中的時間為15s~60s。 [0014]作為一種優(yōu)選方案，烘烤時，所述烤箱的濕度保持在70%~80%，烘烤的溫度為40 。(:~75°C，烘烤時間持續(xù)50min~70min。
[0015] 一種由前述制備方法制得的PE隔膜，所述PE隔膜的孔隙上附著有納米陶瓷顆粒。
[0016]本發(fā)明的工作原理為:異丙醇鹽與醇類有機(jī)溶劑混合后，異丙醇鹽溶解，當(dāng)PE隔膜 浸泡到該溶液中時，異丙醇鹽就會附著到PE隔膜上，通過將附著有異丙醇鹽的PE隔膜放到 有一定濕度的烤箱中烘烤，醇類有機(jī)溶劑受熱揮發(fā)，異丙醇鹽發(fā)生水解，生成納米級別的金 屬氧化物附著于PE隔膜上，從而得到摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，通過將PE隔膜浸 泡到溶解有異丙醇鹽溶液中，使異丙醇鹽附著到PE隔膜上，在一定濕度環(huán)境下烘干，使異丙 醇鹽水解后形成附著于PE隔膜上的納米級陶瓷顆粒，相比于傳統(tǒng)的噴刷、浸漬方式，本發(fā)明 的陶瓷顆粒分布更加均勻，孔隙控制效果更好，隔膜性能一致性更高，提高了隔膜的電解熱 親和性;而且，采用這種方式獲得的陶瓷顆粒與基體的結(jié)合更加牢固，不容易掉粉掉料，能 夠保持PE隔膜性能的長久穩(wěn)定，提高鋰電池的使用壽命;同時，由于采用的是易揮發(fā)的醇類 有機(jī)溶劑，不需要使用膠類溶液，在使用后不會對環(huán)境污染，容易回收利用，提高了資源的 利用率。
[0018] 為更清楚地闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)手段及其所達(dá)到的具體目的和功能，下 面結(jié)合具體實(shí)施例來對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施例1
[0020] 取3g粒徑彡200nm的異丙醇鋁加入到300g無水乙醇中，攪拌至完全溶解后，取PE隔 膜浸泡到該溶液中15s，之后將PE隔膜在濕度70%~80%的烤箱中，設(shè)定溫度40°C~75°C， 烘烤50min~70min，得到摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜。測試浸泡前后的PE隔膜的透氣值，數(shù) 據(jù)見表一。
[0021] 實(shí)施例2
[0022] 取15g粒徑彡200nm的異丙醇鋁加入到300g無水乙醇中，攪拌至完全溶解后，取PE 隔膜浸泡到該溶液中15s，之后將PE隔膜在濕度70%~80 %的烤箱中，設(shè)定溫度40°C~75 °C，烘烤50min~70min，得到摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜。測試浸泡前后的PE隔膜的透氣 值，數(shù)據(jù)見表一。
[0023] 實(shí)施例3
[0024] 取30g粒徑<200nm的異丙醇鋁加入到300g無水乙醇中，攪拌至完全溶解后，取PE 隔膜浸泡到該溶液中15s，之后將PE隔膜在濕度70%~80 %的烤箱中，設(shè)定溫度40°C~75 °C，烘烤50min~70min，得到摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜。測試浸泡前后的PE隔膜的透氣 值，數(shù)據(jù)見表一。
[0025] 實(shí)施例4
[0026] 取15g粒徑<200nm的異丙醇錯加入到300g無水乙醇中，攪拌至完全溶解后，取PE 隔膜浸泡到該溶液中60s，之后將PE隔膜在濕度70%~80%的烤箱中，設(shè)定溫度40 °C~75 °C，烘烤50min~70min，得到摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜。測試浸泡前后的PE隔膜的透氣 值，數(shù)據(jù)見表一。
[0027] 實(shí)施例5
[0028] 取15g粒徑彡200nm的異丙醇鋁加入到300g無水乙醇中，攪拌至完全溶解后，取PE 隔膜浸泡到該溶液中30s，之后將PE隔膜在濕度70%~80%的烤箱中，設(shè)定溫度40°C~75 °C，烘烤50min~70min，得到摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜。測試浸泡前后的PE隔膜的透氣 值，數(shù)據(jù)見表一。
[0029] 實(shí)施例6
[0030] 取15g粒徑<200nm的異丙醇鈦加入到300g無水乙醇中，攪拌至完全溶解后，取PE 隔膜浸泡到該溶液中15s，之后將PE隔膜在濕度70%~80 %的烤箱中，設(shè)定溫度40°C~75 °C，烘烤50min~70min，得到摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜。測試浸泡前后的PE隔膜的透氣 值，數(shù)據(jù)見表一。
[0031] 實(shí)施例7
[0032] 取15g粒徑>500nm的異丙醇鋁加入到300g無水乙醇中，攪拌至完全溶解后，取PE隔 膜浸泡到該溶液中30s，之后將PE隔膜在濕度70 %~80 %的烤箱中，設(shè)定溫度40°C~75°C， 烘烤50min~70min，得到摻雜陶瓷顆粒的PE隔膜。測試浸泡前后的PE隔膜的透氣值，數(shù)據(jù)見 表一。
[0033] 需要說明的是，本發(fā)明的醇類有機(jī)溶劑也可選用甲醇、乙二醇或異丙醇。
[0034] 對比例
[0035]采用涂覆方式將陶瓷涂布于PE隔膜單面獲得的PE隔膜，其中，涂覆的陶瓷量為3g/ cm2。
[0036]取上述實(shí)施例5-7制得的PE隔膜，取樣面積為100cm2,在隔膜樣品上滴加一滴電解 液，計算電解液完全擴(kuò)散的時間，數(shù)據(jù)見表二。取對比例PE隔膜，取樣面積為100cm2,分別在 陶瓷面和基膜面滴加一滴電解液，試算電解液完全擴(kuò)散的時間，數(shù)據(jù)見表二。
[0038]表一
[0039]由表一可見，經(jīng)摻雜后的PE隔膜，隨著異丙醇鹽所占比例的增大，隔膜透氣值不斷 增大，但是由于隔膜太高的透氣值會導(dǎo)致做出來的電池安全性不達(dá)標(biāo)，因此，本發(fā)明中所述 異丙醇鹽所占比例最佳為5%;從浸泡時間看，隨著浸泡時間增加，隔膜的透氣增加值也增 加，從隔膜的安全性考慮，最佳浸泡時間為30s;從異丙鹽種類來看，異丙鹽種類對透氣值影 響不大，但粒徑過大不能摻雜到隔膜孔徑，會出現(xiàn)堵孔的情況。

[0041 ]表二
[0042]由表二可見，基膜擴(kuò)散效果不如摻雜納米陶瓷顆粒后的PE隔膜，電解液在摻雜陶 瓷顆粒的隔膜上的擴(kuò)散時間與陶瓷隔膜陶瓷面擴(kuò)散時間基本相同。陶瓷顆粒種類對擴(kuò)散時 間影響不大，粒徑對擴(kuò)散時間沒有影響，但會造成隔膜堵孔情況。
[0043]綜上所述，通過將PE隔膜浸泡到溶解有異丙醇鹽溶液中，使異丙醇鹽附著到PE隔 膜上，在一定濕度環(huán)境下烘干，使異丙醇鹽水解后形成附著于PE隔膜上的納米級陶瓷顆粒， 相比于傳統(tǒng)的噴刷、浸漬方式，本發(fā)明的陶瓷顆粒分布更加均勻，孔隙控制效果更好，隔膜 性能一致性更高，提高了隔膜的電解熱親和性;而且，采用這種方式獲得的陶瓷顆粒與基體 的結(jié)合更加牢固，不容易掉粉掉料，能夠保持PE隔膜性能的長久穩(wěn)定，提高鋰電池的使用壽 命；同時，由于采用的是易揮發(fā)的醇類有機(jī)溶劑，不需要使用膠類溶液，在使用后不會對環(huán) 境污染，容易回收利用，提高了資源的利用率。
[0044]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，故凡是依據(jù)本發(fā) 明的技術(shù)實(shí)際對以上實(shí)施例所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種摻雜納米陶瓷顆粒的PE隔膜的制備方法，其特征在于:包括以下步驟： a、 將易發(fā)生水解反應(yīng)的異丙醇鹽按一定質(zhì)量比例加入到醇類有機(jī)溶劑中，攪拌至完全 溶解，得到納米陶瓷顆粒溶液； b、 將PE隔膜浸泡到納米陶瓷顆粒溶液中一定時間； c、 將經(jīng)過浸泡過的PE隔膜放入一定濕度的烤箱內(nèi)烘烤一定時間，得到摻雜納米陶瓷顆 粒的PE隔膜。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米陶瓷顆粒的PE膜的制備方法，其特征在于:所述異丙 醇鹽選自但不限于異丙醇鋁、異丙醇鎂或異丙醇鈦，所述醇類有機(jī)溶劑選自但不限于甲醇、 乙醇、乙二醇或異丙醇。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻雜納米陶瓷顆粒的PE膜的制備方法，其特征在于:所述異丙 醇鹽的粒徑< 200nm 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的摻雜納米陶瓷顆粒的PE膜的制備方法，其特征在于:所述 異丙醇鹽所占醇類有機(jī)溶劑的質(zhì)量比例為1 %~1 〇%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米陶瓷顆粒的PE膜的制備方法，其特征在于:所述PE隔 膜浸泡到納米陶瓷顆粒溶液中的時間為15s~60s。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜納米陶瓷顆粒的PE膜的制備方法，其特征在于:烘烤時， 所述烤箱的濕度保持在70 %~80 %，烘烤的溫度為40°C~75°C，烘烤時間持續(xù)50min~ 70min〇7. -種由前述權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備方法制得的PE隔膜，其特征在于:所述PE 隔膜的孔隙上附著有納米陶瓷顆粒。
【文檔編號】H01M2/14GK105957999SQ201610524187
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】楊浩田, 王曉明, 王志彬, 韋程
【申請人】東莞市卓高電子科技有限公司