一種鋰離子電池隔膜的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種鋰離子電池隔膜的制造方法，包括以下步驟:（1）在指定溶劑中添加高分子聚合物材料，經過機械攪拌配置成聚合物質量分數為5%～30%的溶液；（2）向配置好的聚合物溶液中加入一定量的無機固體顆粒和無機纖維，通過攪拌混合為分散均勻的漿料，其中，高分子聚合物溶液和無機固定顆粒的質量比例為2：1～25：1，無機固體顆粒和無機纖維的質量比例為1:1～20:1；（3）將上述漿料涂覆在隔膜基材的單一表面或雙面，制作成鋰離子電池隔膜。本發明能夠維持涂覆層的物理結構，顯著增加隔膜的機械強度，當電池溫度上升時有效抑制隔膜收縮，提高電池安全性能。
【專利說明】
一種鋰離子電池隔膜的制造方法
技術領域
[0001] 本發明涉及電池隔膜制造技術領域，具體涉及一種鋰離子電池隔膜的制造方法。
【背景技術】
[0002] 隨著能源與環境問題日益突出，電動汽車特別是純電動汽車的發展勢在必行。作 為電動汽車的動力源，二次電池的的性能優劣直接制約電動汽車的發展。鋰離子電池由于 體積小、能量密度高等優點，被認為是目前最具發展潛力的電動汽車動力電池。鋰離子電池 被用于電動汽車為人們提供綠色出行的保障，其安全性能應被作為最重要的也是最基本的 衡量尺度。隔膜在鋰離子電池中起到離子通道并隔開正負極的作用，制造隔膜的高分子材 料多為聚乙烯、聚丙烯或其混合物，這些材料制造的隔膜在電池受熱時會發生嚴重的熱收 縮，此外，鋰離子電池在電動汽車運行過程中難免會受到外力撞擊或擠壓以及多次使用后 電池內部鋰枝晶的針刺，這些都有可能導致正負極接觸短路甚至發生爆炸。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種鋰離子電池隔膜的制造方法，該方法能夠有效抑制隔 膜受熱時收縮，提高電池安全性能。
[0004] 為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：
[0005] -種鋰離子電池隔膜的制造方法，包括以下步驟：
[0006] (1)在指定溶劑中添加高分子聚合物材料，經過機械攪拌配置成聚合物質量分數 為5 %~30 %的溶液；
[0007] (2)向配置好的聚合物溶液中加入一定量的無機固體顆粒和無機纖維，通過攪拌 混合為分散均勻的漿料，其中，高分子聚合物溶液和無機固定顆粒的質量比例為2:1~25: 1，無機固體顆粒和無機纖維的質量比例為1:1~20:1;
[0008] (3)將上述漿料涂覆在隔膜基材的單一表面或雙面，制作成鋰離子電池隔膜。
[0009] 所述指定溶劑為丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、環己烷、水中的一種或兩種以上混合 物。
[0010] 所述高分子聚合物的材料為海藻酸鈉、環氧樹脂、聚偏氟乙烯、聚丙烯酰胺、羥甲 基纖維素、醋酸淀粉中的一種或兩種以上混合物。
[0011]所述無機固體顆粒為860^110&1103、]\%1103丄&2抑 3、？匕2抑3、]\%23104、31辦4、8&1-xSrxTiOXCXxSD'BaUrxTh- x)03(0<x<l)、（l-x)Ba(Fe〇.5Nb〇. 5)03/xNi(0<x<l)中的一 種或兩種以上混合物。
[0012] 所述無機固體顆粒的表面積為5~50m2/g，其平均粒徑為0.01~5μηι。
[0013] 所述的無機纖維為玻璃纖維、陶瓷纖維中的一種或兩者混合物。
[0014] 所述陶瓷纖維所用的材料包括 BaTiO3、AlNXaTiO3、MgTi03、CaZr〇3、PbZr〇3、 卩13110 3、2抑2、1^厶12〇3、83〇、211〇、〇2〇3、11〇2、〇3〇、]\%0、3扣中的一種或兩種以上的混合。
[0015] 所述無機纖維的平均直徑為0.01~2μηι。
[0016] 所述隔膜基材為聚乙烯膜、聚丙烯膜或二者復合形成的兩層以上隔膜。
[0017] 所述漿料涂覆在隔膜基材上烘干后的厚度為1~5μπι。
[0018] 由上述技術方案可知，本發明所述的一種鋰離子電池隔膜的制造方法，涂覆于隔 膜基材表面的無機纖維可形成網狀結構，能夠維持涂覆層的物理結構，顯著增加隔膜的機 械強度;無機固體顆粒以及無機纖維具有非常好的耐高溫性能，當電池溫度上升時有效抑 制隔I旲收縮，提尚電池安全性能。
【具體實施方式】
[0019] 實施例1
[0020] (1)在丙酮中添加聚丙烯酰胺，室溫下機械攪拌5h，配置質量分數為10%的聚丙烯 酰胺丙酮溶液。
[0021] (2)向配置好的聚丙烯酰胺丙酮溶液中添加 BeO顆粒和MgO陶瓷纖維，在60°C下攪 拌分散IOh制得漿料，其中BeO顆粒的平均粒徑為Ιμπι，比表面積為10m 2/g，Mg0陶瓷纖維的平 均直徑為〇.5μπι，聚丙烯酰胺丙酮溶液與BeO顆粒的質量比為4:1，BeO顆粒與MgO陶瓷纖維的 質量比為5:1。
[0022] (3)將上述漿料涂覆在16μπι聚丙烯隔膜基材正反兩個表面上，單面涂層烘干后厚 度為2μηι，涂層正反兩面各2μηι涂層，則涂覆完隔膜總厚度為20μηι。
[0023] 實施例2
[0024] (1)在N-甲基-2-吡咯烷酮中添加海藻酸鈉，室溫下機械攪拌3h，配置質量分數為 5 %的海藻酸鈉吡咯烷酮溶液。
[0025] (2)向配置好的海藻酸鈉吡咯烷酮溶液中添加 CaTiO3顆粒和TiO2陶瓷纖維，在50°C 下攪拌分散11h制得漿料，其中CaTiO3顆粒的平均粒徑為0.01 μπι，比表面積為5m2/g，TiO2陶 瓷纖維的平均直徑為Ο.ΟΙμπι，海藻酸鈉吡咯烷酮溶液與CaTiO3顆粒的質量比為2:1 ,CaTiO3 顆粒與TiO2陶瓷纖維的質量比為1:1。
[0026] (3)將上述漿料涂覆在18μπι聚乙烯膜基材正反兩個表面上，單面涂層烘干后厚度 為Iwii，涂層正反兩面各Iwii涂層，則涂覆完隔I吳總厚度為20ym。
[0027] 實施例3
[0028] (1)在環己烷中添加聚偏氟乙烯，室溫下機械攪拌7h，配置質量分數為30%的聚偏 氟乙烯環己烷溶液。
[0029] (2)向配置好的聚偏氟乙烯環己烷中添加 Si3N4顆粒和CaO陶瓷纖維，在70°C下攪拌 分散9h制得漿料，其中Si3N4顆粒的平均粒徑為5μπι，比表面積為50m2/g，CaO陶瓷纖維的平均 直徑為2μπι，聚偏氟乙烯環己烷與CaO顆粒的質量比為25:1，Si3N4顆粒與CaO陶瓷纖維的質量 比為20:1。
[0030] (3)將上述漿料涂覆在ΙΟμπι聚丙烯隔膜基材正反兩個表面上，單面涂層烘干后厚 度為5μηι，涂層正反兩面各5μηι涂層，則涂覆完隔膜總厚度為20μηι。
[0031] 對比例1
[0032] (1)配置質量分數為10%的聚丙烯酰胺丙酮溶液，室溫下機械攪拌5h制備聚丙烯 酰胺溶液；
[0033] (2)添加質量為上述聚丙烯酰胺溶液25%的BeO顆粒，在60°C下攪拌分散IOh制得 漿料，其中BeO顆粒的平均粒徑為Ιμπι;
[0034] (3)將上述漿料涂覆在16μπι聚丙烯隔膜基材正反兩個表面上，單面涂層烘干后厚 度為2μL?，涂覆完隔膜總厚度為20μL?，涂層正反兩面各2μηι涂層。
[0035] 對比例2
[0036]與實施例1不同的是該對比例直接選用未經涂覆的20μπι普通聚丙烯隔膜。
[0037]性能評價
[0038] 1、將實施例1中的涂覆BeO顆粒和MgO陶瓷纖維混合物的隔膜與對比例1中只涂覆 BeO顆粒的隔膜以及對比例2中的普通隔膜進行拉伸強度測試，測試結果見表一。
[0039] 2、將實施例1中的涂覆BeO顆粒和MgO陶瓷纖維混合物的隔膜與對比例1中只涂覆 BeO顆粒的隔膜以及對比例2中的普通隔膜剪切成相等長度與寬度，于120°C烘箱中放置 0.5h，到達時間后冷卻至室溫測試隔膜熱收縮率，測試結果見表二。 「00401 棄一二釉Ki臘特油礎麼對屮
L0044」 由表一 N知，本友明買施例1中徐覆BeO賴敉和MgO陶甕針維混合物的徐層隔膜與 對比例1中只涂覆BeO顆粒的隔膜以及對比例2中的未涂覆的普通隔膜相比，橫向拉伸強度 和縱向拉伸強度有顯著提升，并且對比例1的隔膜比對比例2的隔膜有更好的拉伸強度。
[0045] 由表二可知，本發明實施例1中涂覆BeO顆粒和MgO陶瓷纖維混合物的涂層隔膜的 橫向熱收縮率和縱向熱收縮率均明顯低于對比例1中只涂覆BeO顆粒的隔膜以及對比例2中 的未涂覆的普通隔膜，有很好的耐高溫性能。
[0046] 以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范 圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方 案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種鋰離子電池隔膜的制造方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 在指定溶劑中添加高分子聚合物材料，經過機械攪拌配置成聚合物質量分數為5% ~30%的溶液； (2) 向配置好的聚合物溶液中加入一定量的無機固體顆粒和無機纖維，通過攪拌混合 為分散均勻的漿料，其中，高分子聚合物溶液和無機固定顆粒的質量比例為2:1~25:1，無 機固體顆粒和無機纖維的質量比例為1:1~20:1; (3) 將上述漿料涂覆在隔膜基材的單一表面或雙面，制作成鋰離子電池隔膜。2. 根據權利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制造方法，其特征在于:所述指定溶劑為丙 酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、環己烷、水中的一種或兩種以上混合物。3. 根據權利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制造方法，其特征在于:所述高分子聚合物 的材料為海藻酸鈉、環氧樹脂、聚偏氟乙烯、聚丙烯酰胺、羥甲基纖維素、醋酸淀粉中的一種 或兩種以上混合物。4. 根據權利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制造方法，其特征在于:所述無機固體顆粒 為 BeO、AlN、CaTi〇3、MgTi〇3、CaZr〇3、PbZr〇3、Mg2Si〇4、Si3N4、Bai- xSrxTi〇3(0<x<l)、Ba (ZrxTii-x)03(0<x<l)、（l-x)Ba(Feo.5Nbo. 5)03/xNi(0<x<l)中的一種或兩種以上混合物。5. 根據權利要求1或4所述的鋰離子電池隔膜的制造方法，其特征在于:所述無機固體 顆粒的表面積為5~50 m2/g，其平均粒徑為0.01~5μπι。6. 根據權利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制造方法，其特征在于:所述的無機纖維為 玻璃纖維、陶瓷纖維中的一種或兩者混合物。7. 根據權利要求6所述的鋰離子電池隔膜的制造方法，其特征在于:所述陶瓷纖維所用 的材料包括 BaTi〇3、AlN、CaTi〇3、MgTi〇3、CaZr〇3、PbZr〇3、PbTi〇3、Zr〇2、TiN、Al2〇3、BaO、ZnO、 0 2〇3、1102、〇3〇、]\%0、3丨(：中的一種或兩種以上的混合。8. 根據權利要求1或6所述的鋰離子電池隔膜的制造方法，其特征在于:所述無機纖維 的平均直徑為0.01~2μπι。9. 根據權利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制造方法，其特征在于:所述隔膜基材為聚 乙烯膜、聚丙烯膜或二者復合形成的兩層以上隔膜。10. 根據權利要求1所述的鋰離子電池隔膜的制造方法，其特征在于:所述漿料涂覆在 隔膜基材上烘干后的厚度為1~5ym。
【文檔編號】H01M2/16GK106058124SQ201610384372
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月29日
【發明人】馬小路
【申請人】合肥國軒高科動力能源有限公司