專利名稱：一種耐高溫微孔薄膜材料及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型材料的制備和應用；尤其是涉及一種耐高溫微孔薄膜材料及其應用。
背景技術：
鋰離子電池因為具有高比能量、長循環壽命、無記憶效應等優點，近年來得到快速發展，特別隨著鋰離子動力電池在電動汽車的成功應用，發展速度達到空前。但是鋰離子動力電池的安全性一直是制約其發展的關鍵問題，隔膜正是關乎鋰離子動力電池安全性的關鍵組成部分。隔膜是具有多孔結構的電絕緣性薄膜，主要作用是隔離正、負極，并使電池內的電子不能自由穿過，同時能夠讓電解質離子通過，其性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環壽命等特性，因此隔膜需要具有高的孔隙率、良好的機械性能、良好的化學穩定性和電化學穩定性，在反復充放電過程中對電解液保持高度浸潤性，同時具有非常好的高溫穩定性。目前，鋰離子電池隔膜主要為聚烯烴薄膜，該隔膜材質的局限性在于耐溫性能有限，通常低于150°C，使得鋰離子電池的安全性降低；對電解液浸潤性能差、保持能力差，從而影響電池的循環性能，此類隔膜靜電較大，容易在電池制造過程中引起電池短路，因此不適合作為電動汽車應用的鋰離子動力電池隔膜。隔膜在鋰離子動力電池中占據非常重要的地位，也是鋰離子動力電池材料中技術壁壘最高的一種高附加值材料，生產動力電池隔膜的技術和裝備都被列入西方對中國限制出口的清單，全球90%的隔膜產能把握在美國、日本和歐洲個別企業手中，中國所需動力電池隔膜全部需要進口。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中隔膜材料耐高溫性能差、機械強度低、吸液能力和保液能力差、空隙率低、靜電大的缺點，提供一種耐高溫、抗靜電、高孔隙率、高保液能力、 電解液吸液性能優異的耐高溫微孔薄膜材料，可用作鋰離子動力電池隔膜、超級電容器隔膜或過濾材料。本發明目的由以下技術方案實現—種耐高溫微孔薄膜材料，其是由無機纖維、合成纖維、天然有機纖維、超細無機粉末和粘合劑作為原料，通過濕法造紙，結合涂布一次成型制成的非織造布材料，其具有三維網狀結構，具有90%以上的孔隙率。其中濕法造紙結合涂布技術一次成型的具體步驟可以是(1)配制涂布液將超細無機粉末所需重量的10%和所需粘合劑配成均勻的水性涂布液備用；(2)將無機纖維、合成纖維、天然有機纖維裁成2mm 15mm的超短纖維與剩余部分超細無機粉末，使用濕法造紙技術，經打漿、成型、脫水，然后使用涂布液進行濕法涂布，再進行壓軋、烘干，以上根據產品設計技術要求進行面密度的控制，通過壓軋機進一步調整產品所需厚度，卷取、包裝，制成耐高溫微孔薄膜材料。本發明采用無機纖維、合成纖維、天然有機纖維、超細無機粉末和粘合劑，通過濕法造紙結合涂布技術一次成型，這樣得到的耐高溫微孔薄膜材料呈三維網狀結構，具有 90%以上的孔隙率和非常大的比表面積，對電解液具有優異的吸液能力和保液能力，有利于提高隔膜材料離子導電率，降低電池內阻，適合大電流放電，對提高鋰離子動力電池、超級電容器的綜合性能有很大幫助；本發明的構成材料為性能較高的材料，因此在260°C時長時間保持尺寸及結構的穩定，和聚烯烴隔膜材料相比，安全性能有了非常大的提高；由于材料是通過濕法造紙結合涂布技術一次成型，這樣使本發明結構呈三維網狀，具有均勻性良好的三維立體孔，平均孔徑在0. 02 μ m 2. 5 μ m，這種結構孔可有效避免因為針孔造成的內部短路現象；同時本發明材料具有優異抗大力度撞擊能力，減少因刺穿造成的短路問題，進一步提高了電池的安全性，使本發明材料優選用于鋰離子動力電池隔膜等，能更好地滿足電動汽車所需高性能電池的使用。本發明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述耐高溫微孔薄膜材料在260°C時，尺寸及結構穩定不變。本發明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述無機纖維優選為超細玻璃纖維、陶瓷纖維、氫氧化鎂纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維中的一種；無機纖維的直徑為0.6μπι 3. 0 μ m0本發明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述合成纖維優選為PET纖維或原纖化芳綸纖維；合成纖維的直徑為2 μ m 4 μ m。本發明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述天然有機纖維優選為纖維素纖維；天然有機纖維的直徑為0. 3 μ m 0. 5 μ m。本發明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述超細無機粉末優選為納米氧化物粉末，如氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鎂、氧化鈰中的一種；超細無機粉末的粒徑為 0. 2 μ m 0. 3 μ m。本發明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述粘合劑優選為水性PTFE、PVDF、丙烯酸酯、纖維素中的一種或幾種。本發明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述原料按重量比計，優選為無機纖維 30% 35%，合成纖維40% 50%，天然有機纖維10% 15%，超細無機粉末5% 8%， 粘合劑2% 10%。本發明的耐高溫微孔薄膜材料，具有耐高溫，抗靜電，化學穩定性好，空隙率高，保液能力強，吸液率高等性能，同時具有良好的機械強度，較小的孔徑，和優異的高溫穩定性。 可有效的提高動力電池的綜合性能和安全性。因此非常適用作鋰離子動力電池隔膜、超級電容器隔膜，另外也可作為過濾材料使用。
具體實施例方式為進一步說明本發明，結合以下實施例具體說明本發明提供的是一種耐高溫微孔薄膜材料，是由無機纖維、合成纖維、天然有機纖維、超細無機粉末和粘合劑，通過濕法造紙結合涂布技術一次成型的非織造布材料。
涂布液的配制將超細無機粉末所需重量的10%和粘合劑所需重量根據要求配成均勻的水性涂布液備用。將無機纖維、合成纖維、天然有機纖維裁成2mm 15mm的超短纖維與剩余部分超細無機粉末，使用濕法造紙技術，經打漿、成型、脫水，然后使用涂布液進行濕法涂布，再進行壓軋、烘干，以上根據產品設計技術要求進行面密度的控制，通過壓軋機進一步調整產品所需厚度，卷取、包裝，制成一種耐高溫微孔薄膜材料。實施例1將纖維及無機粉末材料按重量比進行配料即陶瓷纖維直徑為0. 6 μ m，長度5mm ； PET纖維直徑為3 μ m，長度6mm ；纖維素纖維直徑為0. 3 μ m，長度3mm ；納米氧化鋯粉末所需重量的90%，將上述纖維和氧化鋯納米粉末采用濕法造紙工藝，經打漿、成型、脫水，然后使用氧化鋯粉末與PVDF配制的涂布液進行涂布，壓軋、在進行烘干，壓軋，制得厚度為30 μ m, 面密度為20g/m2的一種耐高溫微孔薄膜材料，其中各種材料含量為陶瓷纖維32%、PET纖維45%、纖維素纖維10%、納米氧化鋯粉末6%、PVDF為 %。實施例2將纖維及無機粉末材料按重量比進行配料即超細玻璃纖維直徑為0. 6 μ m，長度 5mm ；PET纖維直徑為3 μ m，長度6mm ；纖維素纖維直徑為0. 3 μ m，長度3mm ；納米氧化鋁粉末所需重量的90%，將上述纖維和氧化鋁納米粉末采用濕法造紙工藝，經打漿、成型、脫水，然后使用氧化鋁粉末與丙烯酸酯配制的涂布液進行涂布，壓軋、在進行烘干，壓軋，制得厚度為45 μ m，面密度為25g/m2的一種耐高溫微孔薄膜材料，其中各種材料含量為超細玻璃纖維30%、PET纖維40%、纖維素纖維12 %、納米氧化鋁粉末8%、丙烯酸酯為10%。實施例3將纖維及無機粉末材料按重量比進行配料即氧化鋁纖維直徑為0. 6 μ m，長度 5mm ；PET纖維直徑為3 μ m，長度6mm ；纖維素纖維直徑為0. 3 μ m，長度3mm ；納米氧化鎂粉末所需重量的90%，將上述纖維和氧化鎂納米粉末采用濕法造紙工藝，經打漿、成型、脫水，然后使用氧化鎂粉末與纖維素粘合劑配制的涂布液進行涂布，壓軋、在進行烘干，壓軋，制得厚度為60 μ m，面密度為36g/m2的一種耐高溫微孔薄膜材料，其中各種材料含量為氧化鋁纖維31 %、PET纖維48 %、纖維素纖維10 %、納米氧化鎂粉末5 %、纖維素粘合劑為6 %。采用上述配料條件及處理方式，制得的耐高溫微孔薄膜材料性能指標如下表所示
權利要求
1.一種耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于其是由無機纖維、合成纖維、天然有機纖維、超細無機粉末和粘合劑作為原料，通過濕法造紙，結合涂布一次成型制成的非織造布材料，其具有三維網狀結構，具有90%以上的孔隙率。
2.根據權利要求1所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述耐高溫微孔薄膜材料具有分布均勻的三維立體孔，平均孔徑在0. 02 μ m 2. 5 μ m。
3.根據權利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述耐高溫微孔薄膜材料在260°C時，尺寸及結構穩定不變。
4.根據權利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述無機纖維為超細玻璃纖維、陶瓷纖維、氫氧化鎂纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維中的一種；無機纖維的直徑力 0. 6 μ m 3. 0 μ m。
5.根據權利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述合成纖維為PET 纖維或原纖化芳綸纖維；合成纖維的直徑為2 μ m 4 μ m。
6.根據權利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述天然有機纖維為纖維素纖維；天然有機纖維的直徑為0. 3 μ m 0. 5 μ m。
7.根據權利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述超細無機粉末為氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鎂、氧化鈰中的一種；超細無機粉末的粒徑為 0. 2 μ m 3 μ m。
8.根據權利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述粘合劑為水性 PTFE、PVDF、丙烯酸酯、纖維素中的一種或幾種。
9.根據權利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述原料按重量比計，無機纖維30 % 35 %，合成纖維40 % 50 %，天然有機纖維10 % 15 %，超細無機粉末5% 8%，粘合劑2% 10%。
10.權利要求1所述的耐高溫微孔薄膜材料在鋰離子動力電池隔膜、超級電容器隔膜或過濾材料中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種耐高溫微孔薄膜材料，是由無機纖維、合成纖維、天然有機纖維、納米無機粉末和粘合劑，通過濕法造紙結合涂布技術一次成型的非織造布材料，呈三維網狀結構，具有90％以上的孔隙率。所述耐高溫微孔薄膜材料，具有突出的耐高溫性能，在260℃時長時間保持優異的尺寸及結構穩定性；具有優異的吸液和保液能力、均勻性良好的三維立體孔，平均孔徑在0.02μm～2.5μm。該種耐高溫微孔薄膜材料可用作鋰離子動力電池隔膜、超級電容器隔膜或用作過濾材料。
文檔編號H01M2/16GK102522514SQ201110433400
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者徐繼亮, 方開東 申請人:萊州聯友金浩新型材料有限公司