一種凝膠聚合物鋰離子電池復合隔膜的制備方法技術

本發明專利技術公開一種凝膠聚合物鋰離子電池復合隔膜的制備方法。該制備方法以非織造布為增強基布，以凝膠聚合物溶液為涂料，依次經涂層、去溶劑、脫水和烘干制成；凝膠聚合物溶液以聚偏氟乙烯為溶質，以體積比為４／６～６／４的丙酮和Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺混合溶液為溶劑，溶質質量與溶劑體積之比為２０～５０％；在密封環境下加熱到６０～７０℃溶解所述溶質；所述非織造布增強基布為聚乙烯纖維、聚丙烯纖維或聚乙烯／聚丙烯復合纖維的長絲或短纖制造的非織造布；定量２０～６０ｇ／ｍ２，厚度４０～８０μｍ，孔隙率４０～８０％，橫、縱向斷裂強度分別為３５～９８Ｎ／５ｃｍ和５８～１５２Ｎ／５ｃｍ。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及鋰離子電池制造技術，具體為一種凝膠聚合物鋰離子電池復合隔膜的 制備方法。
技術介紹
鋰離子不僅具有比能量高、循環壽命長、無記憶效應等特點，而且綠色環保，無污 染，因此被廣泛應用在手機、筆記本電腦以及MP3等數碼產品中，同時在電動汽車、電動自 行車等大功率電池方面也開始了應用。電池隔膜是鋰離子電池的重要組成部分。它被放置在陽極和陰極之間，阻止電極 的物理性接觸，同時確保離子的自由運輸和電子流動的絕緣性。電池隔膜的基本要求是必 須對電解液和電極具有很好的化學和電化學穩定性，同時必須具有較強的機械性能，以承 受電池組裝過程中的外力。結構上，電池隔膜應該具備充足的液體電解質的吸收能力，以此 來實現良好的離子傳導，進一步實現電池充放電的高效性。現在廣泛使用的鋰離子電池隔膜為烯烴(PP、PE)類聚合物的單層薄膜或多層薄 膜。由于烯烴類聚合物對電解液的吸收能力較差，因而影響了電池的充放電效率；同時在電 池組裝過程中需要灌注電解液，操作復雜，使用過程中也容易發生漏液，安全性差。所以有 人研究使用凝膠態的聚合物隔膜代替烯烴類聚合物薄膜在鋰離子電池中使用。對于凝膠態的聚合物電池隔膜的研究，分為兩類一類是直接選擇可形成凝膠態 的聚合物做成單一薄膜。該類薄膜的主要缺點是不能有效地保證單一聚合物薄膜在液體電 解質中凝膠化后隔膜的強度，同時不具備在電池內部過熱條件下的隔膜的熱閉性能，從而 降低了鋰離子電池的安全性能。另一類是選擇可形成凝膠態的聚合物與其他基材進行復合 的復合隔膜。復合隔膜用可在液體電解質中形成凝膠態的高分子聚合物主要包括聚氧化乙 烯(ΡΕ0)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯晴(PAN)和聚偏氟乙烯(PVDF)等，其中由于聚 偏氟乙烯(PVDF)不僅具有較好的在電解液中溶脹形成凝膠的特點，而且具有較好的電化學 性能及粘接性能，所以成為了研究的熱點。中國專利CN 1799156號公開了韓國LG株式會社的一種部分涂層的凝膠聚合物電 池隔膜的制備方法。該方法生產的電池隔膜，改變了現有電池中電極和隔膜簡單堆積造成 二者難以緊密和均勻接觸以及液體電解質不能充分潤濕整個電極表面的缺點。在該方法中 優選了凹版涂布的施加方式，將備選的包含聚偏氟乙烯(PVDF)在內的多種聚合物中的至少 兩種聚合物的溶液施加到基材上，從而獲得了較好的電池隔膜使用性能。但該方法選擇局 部涂層的方法，難以保證涂層聚合物在凝膠化后形成連續相，從而影響了離子傳導的均勻 性，進而影響了電池的充放電性能。中國專利CN 1384555號公開了一種聚合物電池隔板的制備方法，選取聚偏氟乙 烯的共聚物、增塑劑和溶劑配置涂層溶液，優選浸漬方法施加到具有熱閉性能的基材上，從 而克服了單一聚合物薄膜不能在電池內部過熱時發生關閉形成斷路的缺點，提高了電池的 安全性。但該制備方法在配置可凝膠化聚合物溶液時，引入了增塑劑來提高涂層的孔隙率，3涂層配方復雜，且制備后期需要去除增塑劑，增加了工藝的復雜性，同時未對選用基材提出 要求，難以保證離子的傳導速率，影響電池的充放電性能。中國專利CN 1481047號公開了一種膠態聚合物電解質隔膜的制備方法。該隔膜 的膠態聚合物電解質隔膜由一層膠態電解質隔膜層和一層固態的電解質隔膜層組成，其中 固體隔膜由包含聚丙烯在內的一系列聚合物中的至少一種制得，膠態聚合物電解質隔膜層 由包含聚偏氟乙烯-六氟丙烯在內的多種聚合物中的至少一種聚合物經溶解涂覆制備，賦 予了復合隔膜較烯烴類聚合物隔膜較好的液體電解質的保持能力。該制備方法雖未選擇增 塑劑，簡化了配置凝膠化聚合物溶液的配方，但是其仍然未對選用的復合基材做出說明。中國專利CN 1481036號則公開了一種無萃取復合聚合物鋰離子電池隔膜的制備 方法，它將包括聚偏氟乙烯(PVDF)在內的多種聚合物中至少一種溶解在溶劑中，施加到孔 隙率大于50%、孔徑大小0. 1—300 μ m、厚度為5 —100 μ m的骨架網絡上。該方法中明確提 出了復合隔膜中對骨架網絡的性能要求，確保了復合隔膜具有較高孔隙率，從而保證了鋰 離子電池的充放電效率。但該方法未描述凝膠化聚合物溶液的施加工藝，從而不清楚復合 隔膜在液體電解質中活化后的使用性能，同時該方法需要使用熱處理去除涂層中的溶劑， 耗費能源，污染環境，不適合實際工業化生產。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術擬解決的技術問題是，提供一種凝膠聚合物鋰離子 電池復合隔膜的制備方法。該制備方法具有溶液配方簡單，基布選擇明確，涂層工藝清晰， 生產過程環保，產品性能優良等特點。本專利技術解決所述技術問題的技術方案是，設計一種凝膠聚合物鋰離子電池復合隔 膜的制備方法，該制備方法以非織造布為增強基布，以凝膠聚合物溶液為電解質隔膜層涂 料，依次經涂層工藝、去溶劑工藝、脫水和烘干工藝，即制成非織造布增強的凝膠聚合物鋰 離子電池復合隔膜；所述的凝膠聚合物溶液如下配置以聚偏氟乙烯為溶質，以體積比為4/6 6/4的丙酮 和N，N- 二甲基甲酰胺混合溶液為溶劑，溶質質量與溶劑體積之比為20 50% ；在密封環境 下把凝膠聚合物溶液加熱到60 70°C，溶解所述聚偏氟乙烯；攪拌60 90min，直至聚偏 氟乙烯完全溶解，然后靜止脫泡30 50min，至無明顯氣泡存在，常溫冷卻待用；所述的非織造布增強基布為聚乙烯纖維、聚丙烯纖維或聚乙烯/聚丙烯復合纖維的長 絲或短纖制造的非織造布；定量分布范圍為20 60 g/ m2，厚度分布范圍為40 80 μ m， 孔隙率范圍為40 80%，橫向斷裂強度分布范圍為35 98 N/5cm，縱向斷裂強度為分布范 圍為58 152N/5cm，且非織造布表面平整；所述的涂層工藝是將所述凝膠化聚合物溶液以單面刮涂方式施加到所述的非織造布 上，涂層厚度為10 40 μ m,刮涂速度控制在1 5m/min ；所述的去溶劑工藝是將經過涂層加工的非織造布浸入溫度20 60°C的水浴中去溶劑 處理10 30min，然后清水漂洗1 3次；所述的脫水和烘干工藝是先將去除溶劑后的非織造布脫水干燥30 60min，再在65 75°C的烘箱中烘干處理40 60min。與現有技術相比，本專利技術制備方法具有涂料溶液配方簡單，加工工藝容易，基布選材清晰明確，產品性能優良等特點；通過本專利技術方法制備的非織造布增強的凝膠聚合物鋰 離子電池復合隔膜具有很好的液體電解質吸收和保持能力，可靠地熱閉性能和較好的組裝 加工適應性，同時由于選取工業級的聚偏氟乙烯為涂料溶質，方便易得，而溶劑去除容易， 且工藝過程環保，適于工業化實施。具體實施例方式下面結合實施例進一步介紹本專利技術。本專利技術設計的凝膠聚合物鋰離子電池復合隔膜(簡稱復合隔膜)的制備方法(簡稱 制備方法)主要包括五步(1)凝膠聚合物(或可凝膠化聚合物)溶液的配置；(2 )非織造布 (增強)基布的選取；(3)涂層加工工藝；(4)去溶劑處理工藝；(5)脫水和烘干工藝。所述 的第(1)和第(2)步工藝不存在先后順序關系。本專利技術解決現有技術需要解決的技術問題 主要包括簡單的涂層溶液配方、性能一定的非織造布增強基布、適當的涂層工藝參數和環 保的溶劑去除方式。本專利技術制備方法凝膠聚合物(或可凝膠化聚合物)溶液的配置是第一步，也是重要 的一步。現本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種凝膠聚合物鋰離子電池復合隔膜的制備方法，該制備方法以非織造布為增強基布，以凝膠聚合物溶液為電解質隔膜層涂料，依次經涂層工藝、去溶劑工藝、脫水和烘干工藝，即制成非織造布增強的凝膠聚合物鋰離子電池復合隔膜；所述的凝膠聚合物溶液如下配置：以聚偏氟乙烯為溶質，以體積比為４／６～６／４的丙酮和Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺混合溶液為溶劑，溶質質量與溶劑體積之比為２０～５０％；在密封環境下把凝膠聚合物溶液加熱到６０～７０℃，并攪拌６０～９０ｍｉｎ，直至聚偏氟乙烯完全溶解，然后靜止脫泡３０～５０ｍｉｎ，至無明顯氣泡存在，常溫冷卻待用；所述的非織造布增強基布為聚乙烯纖維、聚丙烯纖維或聚乙烯／聚丙烯復合纖維的長絲或短纖制造的非織造布，定量分布范圍為２０～６０ｇ／－ｍ↑［２］，厚度分布范圍為４０～８０μｍ，孔隙率范圍為４０～８０％，橫向斷裂強度分布范圍為３５～９８－Ｎ／５ｃｍ，縱向斷裂強度為分布范圍為５８～１５２Ｎ／５ｃｍ，且非織造布表面平整；所述的涂層工藝是將所述凝膠化聚合物溶液以單面刮涂方式施加到所述的非織造布上，涂層厚度為１０～４０μｍ，刮涂速度控制在１～５ｍ／ｍｉｎ；所述的去溶劑工藝是將經過涂層加工的非織造布浸入溫度２０～６０℃的水浴中去溶劑處理１０～３０ｍｉｎ，然后清水漂洗１～３次；所述的脫水和烘干工藝是先將去除溶劑后的非織造布脫水干燥３０～６０ｍｉｎ，再在６５～７５℃的烘箱中烘干處理４０～６０ｍｉｎ。...

【技術特征摘要】
一種凝膠聚合物鋰離子電池復合隔膜的制備方法，該制備方法以非織造布為增強基布，以凝膠聚合物溶液為電解質隔膜層涂料，依次經涂層工藝、去溶劑工藝、脫水和烘干工藝，即制成非織造布增強的凝膠聚合物鋰離子電池復合隔膜；所述的凝膠聚合物溶液如下配置以聚偏氟乙烯為溶質，以體積比為4/6～6/4的丙酮和N,N 二甲基甲酰胺混合溶液為溶劑，溶質質量與溶劑體積之比為20～50%；在密封環境下把凝膠聚合物溶液加熱到60～70℃，并攪拌60～90min，直至聚偏氟乙烯完全溶解，然后靜止脫泡30～50min，至無明顯氣泡存在，常溫冷卻待用；所述的非織造布增強基布為聚乙烯纖維、聚丙烯纖維或聚乙烯/聚丙烯復合纖維的長絲或短纖制造的非織造布，定量分布范圍為20～60 g/ m2，厚度分布范圍為40～80μm，孔隙率范圍為40～80%，橫向斷裂強度分布范圍為35～98 N/5cm，縱向斷裂強度為分布范圍為58～152N/5cm，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：焦曉寧，程博聞，賈慶龍，倪冰選，阮艷莉，
申請(專利權)人：天津工業大學，
類型：發明
國別省市：12[中國|天津]