专利名称：一种锂离子电池隔膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锂离子电池隔膜的制备方法。
背景技术：
锂离子电池具有循环使用寿命长，比能量高，安全性能好，而且体积小、质量轻、无 记忆性等特点，广泛应用于手机、笔记本电脑等领域，锂离子电池一般采用叠层或卷绕的方 式组装，正负极片在叠层或卷绕过程中通过隔膜隔开，防止正负极之间直接产生电子通路， 同时要求正负极片所处的电解液中的离子自由穿过隔膜，形成离子电流，因此要求隔膜具 有良好的电绝缘性和能够让离子通过的多微孔结构。目前的隔膜是在多孔基材上涂覆涂层 组合物制成，涂层组合物一般是由烯烃聚合物和纳米颗粒填充物组成。CN101281961A公开 了一种锂离子电池隔膜用涂层组合物及其隔膜，其中涂层组合物是由粘结剂和电绝缘纳米 颗粒组成，制备隔膜时将粘结剂和电绝缘纳米颗粒用溶剂制成悬浮液，然后将其涂覆在多 孔柔性基体上，加热烘干得到隔膜。但是近年来锂离子电池已逐步拓展到电动自行车及电动汽车领域，正朝着大功 率、大电流方向发展，锂离子电池的隔膜工作温度也随之提高，隔膜容易在热胀冷缩的作用 下造成涂层中电绝缘纳米颗粒的剥落，使隔膜的微孔结构在高温工作环境下产生闭塞，导 致离子穿越隔膜受阻，会进一步的提高电池的工作温度，从而加速锂离子电池的损坏，最终 降低电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池隔膜的制备方法，提高隔膜的耐高温能力， 避免隔膜中电绝缘纳米粒子在工作中脱落。为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是一种锂离子电池隔膜的制备方 法，包括如下步骤
1)将粘结剂10-60份和电绝缘纳米颗粒10-30份用溶剂配制成悬浮液；
2)将配置的悬浮液均勻的涂覆在多孔柔性基体上形成涂层，
3)将涂覆有涂层的多孔柔性基体于60-130°C下加热干燥，至涂层的溶剂含量为 10-20wt%，再对涂层进行轧压，轧压的强度为30-300 N/cm2，然后继续于100_160°C烘焙至 完全干燥，得到锂离子电池隔膜。步骤2)所述涂层的涂覆厚度为1 10 μ m ； 向步骤1)配制的悬浮液中加入0. 1-5份分散剂。所述溶剂选用N-甲基吡咯烷酮、N，N- 二甲基丙烯酰胺、N, N- 二甲基甲酰胺或二 甲基亚砜。所述分散剂聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、聚丙 烯中的一种或其任意组合。步骤1)所述配制的悬浮液的固含量为35_65wt%。
所述粘结剂为聚偏氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、氟化乙烯和六氟丙 烯聚合物中的一种或其任意组合。所述电绝缘纳米颗粒为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、粘土中 的一种或其任意组合。所述电绝缘纳米颗粒的粒径为3-800纳米。本发明锂离子电池隔膜的制备方法，在涂层干燥至溶剂含量为10_20wt%时采用 轧压处理，可以显著提高电绝缘纳米粒子与多孔柔性基体的结合力，从而为隔膜的耐高温 性能提供保障。在涂层加热干燥过程中溶剂不断的散失，电绝缘纳米粒子与粘结剂之间变 得疏松从而电绝缘纳米粒子的粘结强度降低，在合适的时机对涂层进行轧压处理，使电绝 缘纳米粒子与粘结剂之间变得致密，从而加强了电绝缘纳米粒子与粘结剂的粘接强度，避 免在以后的使用过程中因热胀冷缩导致电绝缘纳米粒子脱落的问题。如果溶剂含量过大 时，涂层依然具有很大的流动性，而且涂层上的孔隙正在形成，此时轧压会显著降低涂层上 孔隙，从而影响隔膜的孔隙率，还会使涂层向四周延展，降低单位面积上的涂层涂覆量；如 果溶剂含量过小，涂层已经基本干结，此时再进行轧压并不能使电绝缘纳米粒子与粘结剂 之间变得致密，已经不会对涂层产生实质性的影响。因此本发明选择在涂层干燥至溶剂含 量为10-20wt%进行轧压，而且在轧压后进行快速干燥，避免再次出现电绝缘纳米粒子与粘 结剂之间的疏松问题，加强了电绝缘纳米粒子与粘结剂的粘结强度，另外又不会影响隔膜 的孔隙率。本发明锂离子电池隔膜的孔隙率为60-70%，孔径50-110nm，能够耐受最高400°C 的尚温。
具体实施例方式实施例1
本实施例的锂离子电池隔膜的制备方法如下
1)取一定量的N-甲基吡咯烷酮加入容器中，加热至90°C加入10份的聚偏氯乙烯搅拌 至完全溶解，再加入10份氧化铝(粒径为lOnm)，并持续搅拌90分钟得到悬浮液，悬浮液的 固含量为35wt% ；
2)将配置的悬浮液均勻的涂覆在多孔柔性基体上形成涂层，涂层的涂覆厚度为1μ m， 多孔柔性基体为聚烯烃多孔薄膜；
3)将涂覆有涂层的多孔柔性基体于60°C下加热干燥，至涂层的溶剂含量为10衬％，再 对涂层进行轧压，轧压的强度为300 N/cm2，然后继续于100°C烘焙至完全干燥，得到锂离子 电池隔膜。本实施例的锂离子电池隔膜的孔隙率为60%，孔径为50nm，厚度为15μπι，能 够耐受300 0C的高温，纵向拉伸强度为2lOMPa，横向拉伸强度为140MPa，离子导电性 3. 4Χ1(Γ3σ /S · cnT1。实施例2
本实施例的锂离子电池隔膜的制备方法如下
1)取一定量的N，N- 二甲基丙烯酰胺加入容器中，加热至90°C加入30份的聚丙烯酸搅 拌至完全溶解，再加入20份氧化锆(粒径为200nm)和5份聚乙烯吡咯烷酮，并持续搅拌90 分钟得到悬浮液，悬浮液的固含量为50wt% ；2)将配置的悬浮液均勻的涂覆在多孔柔性基体上形成涂层，涂层的涂覆厚度为10μ m， 多孔柔性基体为聚烯烃多孔薄膜；
3)将涂覆有涂层的多孔柔性基体于90°C下加热干燥，至涂层的溶剂含量为15wt%，再 对涂层进行轧压，轧压的强度为120 N/cm2，然后继续于130°C烘焙至完全干燥，得到锂离子 电池隔膜。本实施例的锂离子电池隔膜的孔隙率为70%，孔径为llOnm，厚度为60μπι，能 够耐受400 0C的高温，纵向拉伸强度为205MPa，横向拉伸强度为125MPa，离子导电性 9. 8 X 10_3σ /S · CnT1。实施例3
本实施例的锂离子电池隔膜的制备方法如下
1)取一定量的N，N-二甲基甲酰胺加入容器中，加热至90°C加入60份的聚四氟乙烯搅 拌至完全溶解，再加入30份碳酸钙(粒径为SOOnm)和0. 1份聚乙二醇，并持续搅拌90分钟 得到悬浮液，悬浮液的固含量为65wt% ；
2)将配置的悬浮液均勻的涂覆在多孔柔性基体上形成涂层，涂层的涂覆厚度为5μπι， 多孔柔性基体为聚烯烃多孔薄膜；
3)将涂覆有涂层的多孔柔性基体于130°C下加热干燥，至涂层的溶剂含量为20wt%，再 对涂层进行轧压，轧压的强度为30 N/cm2，然后继续于160°C烘焙至完全干燥，得到锂离子 电池隔膜。本实施例的锂离子电池隔膜的孔隙率为65%，孔径为80nm，厚度为30 μ m，能 够耐受350 0C的高温，纵向拉伸强度为240MPa，横向拉伸强度为150MPa，离子导电性 2. O X 10_2σ/S · cm-1。本发明中的粘结剂、电绝缘纳米粒子和多孔柔性基体，针对现有的隔膜或涂层材 料可以进行常规选择。所采用的溶剂也可以根据现有隔膜材料进行常规选择，凡是采用干 燥过程中轧压的技术方案，应当落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤1)将粘结剂10-60份和电绝缘纳米颗粒10-30份用溶剂配制成悬浮液；2)将配置的悬浮液均勻的涂覆在多孔柔性基体上形成涂层，3)将涂覆有涂层的多孔柔性基体于60-130°C下加热干燥，至涂层的溶剂含量为 10-20wt%,再对涂层进行轧压，轧压的强度为30-300 N/cm2,然后继续于100-160°C烘焙至 完全干燥，得到锂离子电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于步骤2)所述涂层 的涂覆厚度为1 10 μ m。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于向步骤1)配制的 悬浮液中加入0. 1-5份分散剂。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于所述溶剂选用 N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。
5.根据权利要求3所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于所述分散剂聚乙 二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚丙烯酸钠、聚丙烯中的一种或其任意组合
6.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于步骤1)所述配制 的悬浮液的固含量为35-65wt%。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于所述粘结剂为聚 偏氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、氟化乙烯和六氟丙烯聚合物中的一种或其任思组合。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于所述电绝缘纳米 颗粒为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、粘土中的一种或其任意组合。
9.根据权利要求1或8所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于所述电绝缘 纳米颗粒的粒径为3-800纳米。
全文摘要
本发明公开了一种锂离子电池隔膜的制备方法，首先配制悬浮液，再将悬浮液涂覆在多孔柔性基体上，然后干燥至溶剂含量为10-20%进行轧压处理，继续干燥完全得到锂离子电池隔膜。本发明锂离子电池隔膜的制备方法，在涂层干燥至溶剂含量为10-20wt%时采用轧压处理，可以显著提高电绝缘纳米粒子与多孔柔性基体的结合力，从而为隔膜的耐高温性能提供保障。本发明锂离子电池隔膜的孔隙率为60-70%，孔径50-110nm，能够耐受最高400℃的高温。
文档编号H01M2/14GK102148344SQ201110058918
公开日2011年8月10日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者万新水, 吴志庭, 朱晓, 李顺阳, 蒋占伟, 陈娜, 靳磊, 黄元强 申请人:河南义腾新能源科技有限公司