凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法

凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法
【專利摘要】本發明公開了一種凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法，采用圓網涂布方法將輸送到圓網內的含膠溶液均勻的涂布到支撐體上，通過固化工藝，得到涂層，支撐體和涂層共同形成凝膠聚合物電池隔膜，所述含膠溶液中的溶劑為氮-甲基吡咯烷酮、N\N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氫呋喃或丙酮；含膠溶液中的溶質為正負極粘結劑的衍生物和具有強極性基團的聚合物組成，正負極粘結劑的衍生物與具有強極性基團的聚合物的重量比1:5-5:1；所述支撐體是聚烯烴單向拉伸膜、雙向拉伸干法隔膜；聚烯烴單向拉伸膜、雙向拉伸濕法隔膜或無紡布。本發明適應多種基材和涂布原料，涂布工藝清晰，生產過程環保，產品性能優良。本發明可以提高涂布的一致性，方便控制涂布的厚度。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種凝膠聚合物鋰離子電池，具體設計與隔膜的涂布工藝方法。 凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法

【背景技術】
[0002] 可充電鋰離子二次電池具有高比能量、長循環壽命、無記憶效應的特性，又具有安 全、可靠且能快速充放電等優點，因而成為近年來新型電源技術研究的熱點。由于鋰離子電 池是綠色環保型無污染的二次電池，符合當今各國能源環保方面大的發展需求，在各行各 業的使用量正在迅速增加。目前二次鋰離子電池除廣泛用于日常熟知的手機、筆記本電腦 以及MP3等數碼電子產品外，近年在電動車、電動自行車等一些大功率電池方面也已經開 始使用。
[0003] 隔膜是電池重要原材料之一，它的微孔結構、物理性能、化學特性、熱性能等與電 池性能有密切的相關性，對于鋰離子電池的隔膜，由于鋰離子電池具有工作電壓高，正極材 料的氧化性和負極材料的還原性較高，鋰離子電池隔膜材料與高電化學活性的正負極材料 應具備優良的相容性，同時還應具備優良的穩定性、耐溶劑性、離子導電性、電子絕緣性、較 好的機械強度、較高的耐熱性及熔斷隔離性。
[0004] 隔膜的物理、化學特性取決于隔膜材料的基材，不同基材制備的隔膜具有不同的 物理、化學特性，因而在電池中表現出較大差異的電池性能，隔膜的制備工藝也是根據隔膜 材基的物性采用相應的隔膜制備技術，由于鋰離子電池的特殊性，它除了需要滿足鋰離子 電池諸多的使用要求，還應能夠滿足制膜工藝的可行性，不同制膜工藝產生不同微孔結構 的隔膜，隔膜材料的研究與開發不是單一的材料性能的研究，而是多學科交叉研究，涉及的 影響因素是綜合性的。
[0005] 聚氧化乙烯（ΡΕ0)與堿金屬鹽絡合具有離子導電現象，使固體電解質的研究進入 一個新的階段，但固體電解質的室溫電導率與實際應用要求相距較遠.凝膠電解質獨特的 網絡結構使凝膠同時具有固體的粘聚性和液體的分散傳導性克服這一問題。凝膠電解質是 由聚合物、增塑劑和鋰鹽通過一定的方法形成的具有合適微孔結構的凝膠聚合物網絡，利 用固定在微結構中的液態電解質分子實現離子傳導，它的室溫電導率一般在10 -3 S/cm數 量級。新型凝膠聚合物電解質用于發展聚合物鋰離子電池，具有離子導電性并兼具隔膜作 用的聚合物電解質代替液態鋰離子電池中的電解液，凝膠聚合物電解質有多種體系，研究 較多、性能較好的有以下幾種類型聚合物：聚氧化乙烯（ΡΕ0)系、聚丙烯腈（PAN)系、聚甲基 丙烯酸甲酯（PMMA )系和聚偏氟乙烯（PVDF)系等。
[0006] 凝膠聚合物電池使用時，不漏液，可以制成高度可靠的裝置，且重量輕，小型化，性 能好。眾多企業和科院院所針對制備該類電池使用了不同的聚合物配方和隔膜制備工藝。 傳統的浸涂法涂布工藝，雖然操作簡單，但是涂布精度差，涂布一致性不好控制；凹版涂布、 逆輥涂布、坡流涂布的可揮發性溶劑的控制有一定難度，加工中外界環境因素影響較大；擠 壓涂布的工藝調整不方便，同時擠壓涂布使用成本高；微凹輥涂布存在凹棍和刮板損耗大 的問題。


【發明內容】

[0007] 針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種凝膠聚合物鋰電池 隔膜的涂布方法，適應多種基材和涂布原料，涂布工藝清晰，生產過程環保，產品性能優良。 本發明可以提高涂布的一致性，方便控制涂布的厚度。
[0008] 本發明的方案是：凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法，采用圓網涂布方法將輸送到 圓網內的含膠溶液均勻的涂布到支撐體上，通過固化工藝，得到涂層，支撐體和涂層共同形 成凝膠聚合物電池隔膜，所述含膠溶液中的的溶劑為氮-甲基吡咯烷酮、N\N_二甲基甲酰 胺、二甲基乙酰胺、四氫呋喃或丙酮；含膠溶液中的溶質為正負極粘結劑的衍生物和具有 強極性基團的聚合物組成，正負極粘結劑的衍生物與具有強極性基團的聚合物的重量比 1:5-5:1 ;所述支撐體是聚烯烴單向拉伸膜、雙向拉伸干法隔膜；聚烯烴單向拉伸膜、雙向 拉伸濕法隔膜或無紡布。
[0009] 所述正負極粘結劑的衍生物為聚四氟乙烯或其共聚物、聚偏二氟乙烯及其共聚 物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯、聚氯化乙烯或聚丙烯腈中。
[0010] 所述共聚物為由單體六氟化丙烯或四氟化乙烯形成共聚物。
[0011] 所述具有強極性基團的聚合物為馬來酸酐類改性的聚甲基丙烯酸甲酯、馬來酸酐 類改性的聚偏二氟乙烯或三元氯醋樹脂。
[0012] 所述固化涂層是將熱能和風能施加于涂布層，溶劑蒸發，加工溫度為3(n〇0°C，時 間為ΚΓ5000秒。
[0013] 所述固化涂層是用微波，紅外線、遠紅外線、紫外線、電子束的方法將涂層固化。
[0014] 本發明的有益效果是：傳統的浸涂法涂布工藝，雖然操作簡單，但是涂布精度差， 涂布一致性不好控制；凹版涂布、逆輥涂布、坡流涂布的可揮發性溶劑的控制有一定難度， 加工中外界環境因素影響較大；擠壓涂布的工藝調整不方便，同時擠壓涂布使用成本高； 微凹輥涂布存在凹棍和刮板損耗大的問題。本發明圓網涂布方法應用于制備凝膠聚合物電 池隔膜為電池隔膜功能化、精細化方向發展提供了一條途徑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明圓網涂布方法壓輥式的示意圖； 圖2為本發明圓網涂布方法刮刀式的示意圖。

【具體實施方式】
[0016] 實施例1 用溶劑氮-甲基吡咯烷酮將聚偏二氟乙烯和馬來酸酐改性的聚甲基丙烯酸甲酯按重 量比1:5的比例混合而成溶液。用圓網涂布裝置以20米/每秒的速度將以上溶液涂布到 克重為10克，厚度為30 μ m的熔噴無紡布上，經60度的熱風干燥30分鐘，制備成厚度為 31 μ m的凝膠型鋰電池隔膜。
[0017] 實施例2 用溶劑N\N-二甲基甲酰胺將聚偏二氟乙烯和馬來酸酐改性的聚偏二氟乙烯按重量比 1:5的比例混合而成溶液。用圓網涂布裝置以20米/每秒的速度將以上溶液涂布到克重為 10克，厚度為30 μ m的熔噴無紡布上，經60度的熱風干燥30分鐘，制備成厚度為31 μ m的 凝膠型鋰電池隔膜。
[0018] 實施例3 用溶劑二甲基乙酰胺將聚偏二氟乙烯和馬來酸酐改性的聚甲基丙烯酸甲酯按重量比 1:5的比例混合而成溶液。用圓網涂布裝置以20米/每秒的速度將以上溶液涂布到克重為 10克，厚度為30 μ m的熔噴無紡布上，經70度的熱風干燥30分鐘，制備成厚度為31 μ m的 凝膠型鋰電池隔膜。
[0019] 實施例4 用溶劑氮-甲基吡咯烷酮將聚偏二氟乙烯和馬來酸酐改性的三元氯醋樹脂按重量比 1:5的比例混合而成溶液。用圓網涂布裝置以20米/每秒的速度將以上溶液涂布到克重為 10克，厚度為30 μ m的熔噴無紡布上，經80度的熱風干燥30分鐘，制備成厚度為31 μ m的 凝膠型鋰電池隔膜。
[0020] 實施例5 用溶劑氮-甲基吡咯烷酮將聚偏二氟乙烯共聚物和馬來酸酐改性的三元氯醋樹脂按 重量比1:5的比例混合而成溶液。用圓網涂布裝置以20米/每秒的速度將以上溶液涂布 到克重為10克，厚度為30 μ m的熔噴無紡布上，經75度的熱風干燥30分鐘，制備成厚度為 31 μ m的凝膠型鋰電池隔膜。
[0021] 實施例6 用溶劑氮-甲基吡咯烷酮將聚氧化乙烯和馬來酸酐改性的聚甲基丙烯酸甲酯按重量 比1:5的比例混合而成溶液。用圓網涂布裝置以20米/每秒的速度將以上溶液涂布到克重 為10克，厚度為30 μ m的熔噴無紡布上，經70度的熱風干燥30分鐘，制備成厚度為31 μ m 的凝膠型鋰電池隔膜。
[0022] 實施例7 用溶劑氮-甲基吡咯烷酮將聚偏二氟乙烯和聚丙烯腈按重量比1:5的比例混合而成溶 液。用圓網涂布裝置以20米/每秒的速度將以上溶液涂布到克重為10克，厚度為30 μ m 的熔噴無紡布上，經80度的熱風干燥30分鐘，制備成厚度為31 μ m的凝膠型鋰電池隔膜。
[0023] 實施例8 凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法，采用圓網涂布方法將輸送到圓網內的含膠溶液均 勻的涂布到支撐體上，通過固化工藝，得到涂層，支撐體和涂層共同形成凝膠聚合物電池隔 膜，所述含膠溶液中的的溶劑為氮-甲基吡咯烷酮、N\N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四 氫呋喃或丙酮；含膠溶液中的溶質為正負極粘結劑的衍生物和具有強極性基團的聚合物組 成，正負極粘結劑的衍生物與具有強極性基團的聚合物的重量比1:5-5:1 ;所述支撐體是 聚烯烴單向拉伸膜、雙向拉伸干法隔膜；聚烯烴單向拉伸膜、雙向拉伸濕法隔膜或無紡布， 所述正負極粘結劑的衍生物為聚四氟乙烯或其共聚物、聚偏二氟乙烯及其共聚物、聚甲基 丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯、聚氯化乙烯或聚丙烯腈中，所述具有強極性基團的聚合物為馬來 酸酐類改性的聚甲基丙烯酸甲酯、馬來酸酐類改性的聚偏二氟乙烯或三元氯醋樹脂，所述 固化涂層是將熱能和風能施加于涂布層，溶劑蒸發，加工溫度為3(Tl00°C，時間為ΚΓ5000 秒，所述固化涂層是用微波，紅外線、遠紅外線、紫外線、電子束的方法將涂層固化。
【權利要求】
1. 凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法，其特征在于：采用圓網涂布方法將輸送到圓網內 的含膠溶液均勻的涂布到支撐體上，通過固化工藝，得到涂層，支撐體和涂層共同形成凝膠 聚合物電池隔膜，所述含膠溶液中的的溶劑為氮-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二 甲基乙酰胺、四氫呋喃或丙酮；含膠溶液中的溶質為正負極粘結劑的衍生物和具有強極性 基團的聚合物組成，正負極粘結劑的衍生物與具有強極性基團的聚合物的重量比1:5-5:1 ; 所述支撐體是聚烯烴單向拉伸膜、雙向拉伸干法隔膜；聚烯烴單向拉伸膜、雙向拉伸濕法隔 膜或無紡布。
2. 根據權利要求1所述的凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法，其特征在于：所述正負極 粘結劑的衍生物為聚四氟乙烯或其共聚物、聚偏二氟乙烯及其共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、 聚氧化乙烯、聚氯化乙烯或聚丙烯腈中。
3. 根據權利要求2所述的凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法，其特征在于：所述共聚物 為由單體六氟化丙烯或四氟化乙烯形成共聚物。
4. 根據權利要求1所述的凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法，其特征在于：所述具有強 極性基團的聚合物為馬來酸酐類改性的聚甲基丙烯酸甲酯、馬來酸酐類改性的聚偏二氟乙 烯或三元氯醋樹脂。
5. 根據權利要求1所述的凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法，其特征在于：所述固化涂 層是將熱能和風能施加于涂布層，溶劑蒸發，加工溫度為3(Tl00°C，時間為ΚΓ5000秒。
6. 根據權利要求1所述的凝膠聚合物電池隔膜的涂布方法，其特征在于：所述固化涂 層是用微波，紅外線、遠紅外線、紫外線、電子束的方法將涂層固化。
【文檔編號】B05D1/28GK104056761SQ201310094104
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月22日 優先權日:2013年3月22日
【發明者】張迎晨, 吳紅艷 申請人:中原工學院