凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法

凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法
【专利摘要】本发明公开了一种凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法，采用圆网涂布方法将输送到圆网内的含胶溶液均匀的涂布到支撑体上，通过固化工艺，得到涂层，支撑体和涂层共同形成凝胶聚合物电池隔膜，所述含胶溶液中的溶剂为氮-甲基吡咯烷酮、N\N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃或丙酮；含胶溶液中的溶质为正负极粘结剂的衍生物和具有强极性基团的聚合物组成，正负极粘结剂的衍生物与具有强极性基团的聚合物的重量比1:5-5:1；所述支撑体是聚烯烃单向拉伸膜、双向拉伸干法隔膜；聚烯烃单向拉伸膜、双向拉伸湿法隔膜或无纺布。本发明适应多种基材和涂布原料，涂布工艺清晰，生产过程环保，产品性能优良。本发明可以提高涂布的一致性，方便控制涂布的厚度。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种凝胶聚合物锂离子电池，具体设计与隔膜的涂布工艺方法。 凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法

【背景技术】
[0002] 可充电锂离子二次电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应的特性，又具有安 全、可靠且能快速充放电等优点，因而成为近年来新型电源技术研究的热点。由于锂离子电 池是绿色环保型无污染的二次电池，符合当今各国能源环保方面大的发展需求，在各行各 业的使用量正在迅速增加。目前二次锂离子电池除广泛用于日常熟知的手机、笔记本电脑 以及MP3等数码电子产品外，近年在电动车、电动自行车等一些大功率电池方面也已经开 始使用。
[0003] 隔膜是电池重要原材料之一，它的微孔结构、物理性能、化学特性、热性能等与电 池性能有密切的相关性，对于锂离子电池的隔膜，由于锂离子电池具有工作电压高，正极材 料的氧化性和负极材料的还原性较高，锂离子电池隔膜材料与高电化学活性的正负极材料 应具备优良的相容性，同时还应具备优良的稳定性、耐溶剂性、离子导电性、电子绝缘性、较 好的机械强度、较高的耐热性及熔断隔离性。
[0004] 隔膜的物理、化学特性取决于隔膜材料的基材，不同基材制备的隔膜具有不同的 物理、化学特性，因而在电池中表现出较大差异的电池性能，隔膜的制备工艺也是根据隔膜 材基的物性采用相应的隔膜制备技术，由于锂离子电池的特殊性，它除了需要满足锂离子 电池诸多的使用要求，还应能够满足制膜工艺的可行性，不同制膜工艺产生不同微孔结构 的隔膜，隔膜材料的研究与开发不是单一的材料性能的研究，而是多学科交叉研究，涉及的 影响因素是综合性的。
[0005] 聚氧化乙烯（ΡΕ0)与碱金属盐络合具有离子导电现象，使固体电解质的研究进入 一个新的阶段，但固体电解质的室温电导率与实际应用要求相距较远.凝胶电解质独特的 网络结构使凝胶同时具有固体的粘聚性和液体的分散传导性克服这一问题。凝胶电解质是 由聚合物、增塑剂和锂盐通过一定的方法形成的具有合适微孔结构的凝胶聚合物网络，利 用固定在微结构中的液态电解质分子实现离子传导，它的室温电导率一般在10 -3 S/cm数 量级。新型凝胶聚合物电解质用于发展聚合物锂离子电池，具有离子导电性并兼具隔膜作 用的聚合物电解质代替液态锂离子电池中的电解液，凝胶聚合物电解质有多种体系，研究 较多、性能较好的有以下几种类型聚合物：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] 凝胶聚合物电池使用时，不漏液，可以制成高度可靠的装置，且重量轻，小型化，性 能好。众多企业和科院院所针对制备该类电池使用了不同的聚合物配方和隔膜制备工艺。 传统的浸涂法涂布工艺，虽然操作简单，但是涂布精度差，涂布一致性不好控制；凹版涂布、 逆辊涂布、坡流涂布的可挥发性溶剂的控制有一定难度，加工中外界环境因素影响较大；挤 压涂布的工艺调整不方便，同时挤压涂布使用成本高；微凹辊涂布存在凹棍和刮板损耗大 的问题。


【发明内容】

[0007] 针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种凝胶聚合物锂电池 隔膜的涂布方法，适应多种基材和涂布原料，涂布工艺清晰，生产过程环保，产品性能优良。 本发明可以提高涂布的一致性，方便控制涂布的厚度。
[0008] 本发明的方案是：凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法，采用圆网涂布方法将输送到 圆网内的含胶溶液均匀的涂布到支撑体上，通过固化工艺，得到涂层，支撑体和涂层共同形 成凝胶聚合物电池隔膜，所述含胶溶液中的的溶剂为氮-甲基吡咯烷酮、N\N_二甲基甲酰 胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃或丙酮；含胶溶液中的溶质为正负极粘结剂的衍生物和具有 强极性基团的聚合物组成，正负极粘结剂的衍生物与具有强极性基团的聚合物的重量比 1:5-5:1 ;所述支撑体是聚烯烃单向拉伸膜、双向拉伸干法隔膜；聚烯烃单向拉伸膜、双向 拉伸湿法隔膜或无纺布。
[0009] 所述正负极粘结剂的衍生物为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] 所述共聚物为由单体六氟化丙烯或四氟化乙烯形成共聚物。
[0011] 所述具有强极性基团的聚合物为马来酸酐类改性的聚甲基丙烯酸甲酯、马来酸酐 类改性的聚偏二氟乙烯或三元氯醋树脂。
[0012] 所述固化涂层是将热能和风能施加于涂布层，溶剂蒸发，加工温度为3(n〇0°C，时 间为ΚΓ5000秒。
[0013] 所述固化涂层是用微波，红外线、远红外线、紫外线、电子束的方法将涂层固化。
[0014] 本发明的有益效果是：传统的浸涂法涂布工艺，虽然操作简单，但是涂布精度差， 涂布一致性不好控制；凹版涂布、逆辊涂布、坡流涂布的可挥发性溶剂的控制有一定难度， 加工中外界环境因素影响较大；挤压涂布的工艺调整不方便，同时挤压涂布使用成本高； 微凹辊涂布存在凹棍和刮板损耗大的问题。本发明圆网涂布方法应用于制备凝胶聚合物电 池隔膜为电池隔膜功能化、精细化方向发展提供了一条途径。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 图1为本发明圆网涂布方法压辊式的示意图； 图2为本发明圆网涂布方法刮刀式的示意图。

【具体实施方式】
[0016] 实施例1 用溶剂氮-甲基吡咯烷酮将聚偏二氟乙烯和马来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。用圆网涂布装置以20米/每秒的速度将以上溶液涂布到 克重为10克，厚度为30 μ m的熔喷无纺布上，经60度的热风干燥30分钟，制备成厚度为 31 μ m的凝胶型锂电池隔膜。
[0017] 实施例2 用溶剂N\N-二甲基甲酰胺将聚偏二氟乙烯和马来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。用圆网涂布装置以20米/每秒的速度将以上溶液涂布到克重为 10克，厚度为30 μ m的熔喷无纺布上，经60度的热风干燥30分钟，制备成厚度为31 μ m的 凝胶型锂电池隔膜。
[0018] 实施例3 用溶剂二甲基乙酰胺将聚偏二氟乙烯和马来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。用圆网涂布装置以20米/每秒的速度将以上溶液涂布到克重为 10克，厚度为30 μ m的熔喷无纺布上，经70度的热风干燥30分钟，制备成厚度为31 μ m的 凝胶型锂电池隔膜。
[0019] 实施例4 用溶剂氮-甲基吡咯烷酮将聚偏二氟乙烯和马来酸酐改性的三元氯醋树脂按重量比 1:5的比例混合而成溶液。用圆网涂布装置以20米/每秒的速度将以上溶液涂布到克重为 10克，厚度为30 μ m的熔喷无纺布上，经80度的热风干燥30分钟，制备成厚度为31 μ m的 凝胶型锂电池隔膜。
[0020] 实施例5 用溶剂氮-甲基吡咯烷酮将聚偏二氟乙烯共聚物和马来酸酐改性的三元氯醋树脂按 重量比1:5的比例混合而成溶液。用圆网涂布装置以20米/每秒的速度将以上溶液涂布 到克重为10克，厚度为30 μ m的熔喷无纺布上，经75度的热风干燥30分钟，制备成厚度为 31 μ m的凝胶型锂电池隔膜。
[0021] 实施例6 用溶剂氮-甲基吡咯烷酮将聚氧化乙烯和马来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。用圆网涂布装置以20米/每秒的速度将以上溶液涂布到克重 为10克，厚度为30 μ m的熔喷无纺布上，经70度的热风干燥30分钟，制备成厚度为31 μ m 的凝胶型锂电池隔膜。
[0022] 实施例7 用溶剂氮-甲基吡咯烷酮将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。用圆网涂布装置以20米/每秒的速度将以上溶液涂布到克重为10克，厚度为30 μ m 的熔喷无纺布上，经80度的热风干燥30分钟，制备成厚度为31 μ m的凝胶型锂电池隔膜。
[0023] 实施例8 凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法，采用圆网涂布方法将输送到圆网内的含胶溶液均 匀的涂布到支撑体上，通过固化工艺，得到涂层，支撑体和涂层共同形成凝胶聚合物电池隔 膜，所述含胶溶液中的的溶剂为氮-甲基吡咯烷酮、N\N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四 氢呋喃或丙酮；含胶溶液中的溶质为正负极粘结剂的衍生物和具有强极性基团的聚合物组 成，正负极粘结剂的衍生物与具有强极性基团的聚合物的重量比1:5-5:1 ;所述支撑体是 聚烯烃单向拉伸膜、双向拉伸干法隔膜；聚烯烃单向拉伸膜、双向拉伸湿法隔膜或无纺布， 所述正负极粘结剂的衍生物为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，所述具有强极性基团的聚合物为马来 酸酐类改性的聚甲基丙烯酸甲酯、马来酸酐类改性的聚偏二氟乙烯或三元氯醋树脂，所述 固化涂层是将热能和风能施加于涂布层，溶剂蒸发，加工温度为3(Tl00°C，时间为ΚΓ5000 秒，所述固化涂层是用微波，红外线、远红外线、紫外线、电子束的方法将涂层固化。
【权利要求】
1. 凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法，其特征在于：采用圆网涂布方法将输送到圆网内 的含胶溶液均匀的涂布到支撑体上，通过固化工艺，得到涂层，支撑体和涂层共同形成凝胶 聚合物电池隔膜，所述含胶溶液中的的溶剂为氮-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、二 甲基乙酰胺、四氢呋喃或丙酮；含胶溶液中的溶质为正负极粘结剂的衍生物和具有强极性 基团的聚合物组成，正负极粘结剂的衍生物与具有强极性基团的聚合物的重量比1:5-5:1 ; 所述支撑体是聚烯烃单向拉伸膜、双向拉伸干法隔膜；聚烯烃单向拉伸膜、双向拉伸湿法隔 膜或无纺布。
2. 根据权利要求1所述的凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法，其特征在于：所述正负极 粘结剂的衍生物为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. 根据权利要求2所述的凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法，其特征在于：所述共聚物 为由单体六氟化丙烯或四氟化乙烯形成共聚物。
4. 根据权利要求1所述的凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法，其特征在于：所述具有强 极性基团的聚合物为马来酸酐类改性的聚甲基丙烯酸甲酯、马来酸酐类改性的聚偏二氟乙 烯或三元氯醋树脂。
5. 根据权利要求1所述的凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法，其特征在于：所述固化涂 层是将热能和风能施加于涂布层，溶剂蒸发，加工温度为3(Tl00°C，时间为ΚΓ5000秒。
6. 根据权利要求1所述的凝胶聚合物电池隔膜的涂布方法，其特征在于：所述固化涂 层是用微波，红外线、远红外线、紫外线、电子束的方法将涂层固化。
【文档编号】B05D1/28GK104056761SQ201310094104
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】张迎晨, 吴红艳 申请人:中原工学院