一種有機/無機纖維復合隔膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋰離子電池復合隔膜技術領域，特別是涉及一種有機/無機纖維復合隔膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，隨著電動汽車等新能源產業的迅速發展，具有重量輕，比能量大的鋰離子電池獲得了極廣泛的應用。特別是在電動車輛用動力電池、儲能電池、工具電池等領域，鋰離子電池成了唯一的候選動力源。但是，由于鋰離子電池具有較差的安全性能，容易在過充、過放、短路、針刺等條件下起火爆炸，應用一直受到公眾的質疑。
[0003]現有的改善鋰離子電池安全性的主要技術手段有:隔膜實現高溫閉孔機制、添加電解液阻燃添加劑、正負極材料改性和包覆、有機隔膜用陶瓷涂層防止正負極短路。另外，采用陶瓷纖維隔膜隔離正負極，也是一種提高安全性的有效的方法。但是目前沒有合適的材料，特別是只用全陶瓷材料制成的纖維，柔軟度不夠，不適合鋰離子電池卷繞等工藝的使用，只能采用疊片工藝。而且，存在工藝復雜，安全性差等技術問題。
【發明內容】
[0004]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種有機/無機纖維復合隔膜的制備方法。
[0005]本發明的目的是提供一種具有工藝穩定，操作方便，安全可靠，隔膜孔隙度較大，厚度較薄，既耐高溫，又柔軟，可以廣泛應用于各種鋰離子電池制造等特點的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法。
[0006]本發明的技術原理:
[0007]天然纖維結構的海泡石礦物材料在酸洗過程中，酸可以把天然海泡石纖維中的硅酸鹽等礦物溶解去除掉，并促進海泡石纖維解束。解束后的海泡石纖維分散性顯著增強。經過與有機乳液體系混合后，流延成薄膜。有機乳液作為粘結劑，使隔膜的微觀結構呈現出纖維交錯分布形貌。再經過進一步的精乳，使孔的形態、隔膜的厚度尺寸得到固定。本技術采用具有天然纖維結構的海泡石礦物，使流延后的薄膜具有纖維編織結構，有利于鋰離子電池中鋰離子的輸運。
[0008]本發明有機/無機纖維復合隔膜的制備方法所采取的技術方案是:
[0009]—種有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特點是:有機/無機纖維復合隔膜的制備過程包括以下工藝步驟:
[0010]⑴酸洗
[0011]酸洗具有天然纖維結構的海泡石礦物材料，去除可溶性雜質并解束；
[0012]⑵球磨
[0013]酸洗后的海泡石礦物材料分散在水溶液中，經過研磨球球磨制成均勻的混合漿料；
[0014]⑶分散
[0015]加入水溶性的有機乳液作為粘結劑，進行均勻分散；。
[0016]⑷制膜
[0017]漿料通過流延機，經過加熱烘出水分，形成薄膜；薄膜經過表面涂有聚四氟乙烯的精乳輥滾壓、分切、收卷制得有機/無機纖維復合隔膜。精乳輥表面必須涂有聚四氟乙烯(特氟龍)，主要是防止水性物料粘輥。
[0018]本發明有機/無機纖維復合隔膜的制備方法還可以采用如下技術方案:
[0019]所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特點是:球磨時，研磨球球徑小于
0.5mm，球磨時間l-10h，球料比為1-10:1。
[0020]所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特點是:加入水溶性有機乳液后均勾分散時間為0.5-2h。
[0021]所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特點是:酸洗時，采用硫酸、鹽酸、硝酸或者其混合物，濃度為0.l-5mol/L，海泡石礦物材料與酸洗溶液的質量比為1:10-1000。
[0022]所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特點是:酸洗后的海泡石礦物材料按礦物材料與水1:10-1000的重量比例分散在水溶液。
[0023]所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特點是:水溶性有機乳液為聚四氟乙烯乳液或聚乙烯乳液中的一種或兩種。
[0024]所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特點是:水溶性有機乳液中的有機物與礦物材料的質量比為1:20-100。
[0025]所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特點是:制膜時，流延薄膜厚度為
0.1-lmm，烘干溫度為102-115°C，精乳輥滾壓厚度為0.1-0.01mm。
[0026]本發明具有的優點和積極效果是:
[0027]有機/無機纖維復合隔膜的制備方法由于采用了本發明全新的技術方案，與現有技術相比，本發明采用具有納米纖維機構的天然海泡石材料，經過有機/無機材料的復合，制成一種具有多孔編制結構的隔膜。有機/無機纖維復合隔膜具有以下明顯優點:
[0028]這種隔膜具有較大的孔隙度，可以制成較薄的厚度，由無機陶瓷纖維和有機粘合劑組成，既具有較高的耐高溫性能，又具有良好的柔軟度。隔膜內部含有大量無機陶瓷纖維，具有$父尚的抗尚溫能力，可以把抗溫能力由傳統隔I旲的150°C左右提尚到600°C以上，大大改善了鋰離子電池的高溫性能；本發明制造的隔膜具有75%以上的孔隙率，可以增加電解液的吸液量，改善電池的循環和倍率性能；本發明制造的隔膜材料柔軟，可以用于疊片電池、圓柱卷繞電池等領域。利用本發明技術制造的鋰離子電池安全性大幅度提高，可以廣泛應用于電動車輛用的動力電池系統。
【具體實施方式】
[0029]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并詳細說明如下:
[0030]實施例1
[0031]—種有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，包括以下工藝步驟:
[0032]1.酸洗:
[0033]將100g具有天然纖維結構的海泡石礦物材料，經過1000g硫酸(硫酸濃度為5mol/L)溶液浸泡3小時，去除可溶性雜質。然后過濾、清洗并烘干，得到解束后的海泡石纖維。
[0034]2.球磨:
[0035]將其分散在1000g的水中，經過0.3mm氧化鋯球的球磨1小時，制成均勻的混合漿料。其中，氧化鋯球球的質量為lOOOg。
[0036]3.分散:
[0037]在其中加入8.33g的聚四氟乙烯乳液(60%質量濃度，此時純聚四氟乙烯質量為5g)作為粘結劑，繼續均勻分散1小時。
[0038]4.制膜:
[0039]將漿料通過流延機，流延成厚度為1_的薄膜。干燥后的薄膜經過表面涂有聚四氟乙烯(特氟龍)的精乳輥滾壓，壓到0.1_厚度，經過分切、收卷制成本發明提出的有機/無機纖維復合隔膜。
[0040]實施例2
[0041]—種有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，包括以下工藝步驟:
[0042]1.酸洗:
[0043]將1000Kg具有天然纖維結構的海泡石礦物材料，經過100噸鹽酸(鹽酸濃度為
0.lmol/L)溶液浸泡10小時，去除可溶性雜質。然后過濾、清洗并烘干，得到解束后的海泡石纖維。
[0044]2.球磨:
[0045]將其分散在100噸的水中，經過0.4mm氧化鋯球的球磨10小時，制成均勻的混合漿料。其中，氧化鋯球球的質量為10噸。
[0046]3.分散:
[0047]在其中加入33Kg的聚乙烯乳液(30%質量濃度，此時純聚乙烯質量為10Kg)作為粘結劑，繼續均勻分散1小時。
[0048]4.制膜:
[0049]將漿料通過流延機，流延成厚度為0.1mm的薄膜。干燥后的薄膜經過表面涂有聚四氟乙烯(特氟龍)的精乳輥滾壓，壓到0.01mm厚度，經過分切、收卷制成本發明提出的有機/無機纖維復合隔膜。
[0050]實施例3
[0051]—種有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，包括以下工藝步驟:
[0052]1.酸洗:
[0053]將10g具有天然纖維結構的海泡石礦物材料，經過500g硝酸(硝酸濃度為2mol/L)溶液浸泡2小時，去除可溶性雜質。然后過濾、清洗并烘干，得到解束后的海泡石纖維。
[0054]2.球磨:
[0055]將其分散在500g的水中，經過0.2mm氧化鋯球的球磨1小時，制成均勻的混合漿料。其中，氧化鋯球球的質量為50g。
[0056]3.分散:
[0057]在其中加入的0.333g聚四氟乙烯乳液(60%質量濃度，此時純聚四氟乙烯質量為
0.2g)作為粘結劑，繼續均勻分散1小時。
[0058]4.制膜:
[0059]將漿料通過流延機，流延成厚度為0.5mm的薄膜。干燥后的薄膜經過表面涂有聚四氟乙烯(特氟龍)的精乳輥滾壓，壓到0.05mm厚度，經過分切、收卷制成本發明提出的有機/無機纖維復合隔膜。
[0060]本實施例具有所述的工藝穩定，操作方便，安全可靠，隔膜孔隙度較大，厚度較薄，既耐高溫，又柔軟，可以廣泛應用于各種鋰離子電池制造等積極效果。
【主權項】
1.一種有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特征是:有機/無機纖維復合隔膜的制備過程包括以下工藝步驟: (1)酸洗 酸洗具有天然纖維結構的海泡石礦物材料，去除可溶性雜質并解束； (2)球磨 酸洗后的海泡石礦物材料分散在水溶液中，經過研磨球球磨制成均勻的混合漿料； (3)分散 加入水溶性的有機乳液作為粘結劑，進行均勻分散； ⑷制膜 漿料通過流延機，經過加熱烘出水分，形成薄膜；薄膜經過表面涂有聚四氟乙烯的精乳輥滾壓、分切、收卷制得有機/無機纖維復合隔膜。2.根據權利要求1所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特征是:球磨時，研磨球球徑小于0.5mm，球磨時間l-10h，球料比為1_10:1。3.根據權利要求1所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特征是:加入水溶性有機乳液后均勻分散時間為0.5-2h。4.根據權利要求1、2或3所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特征是:酸洗時，采用硫酸、鹽酸、硝酸或者其混合物，濃度為0.l_5mol/L，海泡石礦物材料與酸洗溶液的質量比為1:10-1000o5.根據權利要求1、2或3所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特征是:酸洗后的海泡石礦物材料按礦物材料與水1:10-1000的重量比例分散在水溶液。6.根據權利要求1、2或3所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特征是:水溶性有機乳液為聚四氟乙烯乳液或聚乙烯乳液中的一種或兩種。7.根據權利要求6所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特征是:水溶性有機乳液中的有機物與礦物材料的質量比為1:20-100。8.根據權利要求1、2或3所述的有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，其特征是:制膜時，流延薄膜厚度為0.1-lmm，烘干溫度為102-115°C，精乳輥滾壓厚度為0.1-0.01mm。
【專利摘要】本發明涉及一種有機/無機纖維復合隔膜的制備方法。本發明屬于鋰離子電池復合隔膜技術領域。一種有機/無機纖維復合隔膜的制備方法，包括以下工藝步驟：(1)酸洗：酸洗具有天然纖維結構的海泡石礦物材料，去除可溶性雜質并解束；(2)球磨：酸洗后的海泡石礦物材料分散在水溶液中，經過研磨球球磨制成均勻的混合漿料；(3)分散：加入水溶性的有機乳液作為粘結劑，進行均勻分散；(4)制膜：漿料通過流延機，經過加熱烘出水分，形成薄膜；薄膜經過表面涂有聚四氟乙烯的精軋輥滾壓、分切、收卷制得有機/無機纖維復合隔膜。本發明具有工藝穩定，操作方便，安全可靠，隔膜孔隙度較大，厚度較薄，既耐高溫，又柔軟，可以廣泛應用于各種鋰離子電池制造等優點。
【IPC分類】H01M2/16, H01M2/14
【公開號】CN105428573
【申請號】CN201510946351
【發明人】李鳳民, 紀繼坤
【申請人】天津先眾科技有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月16日