一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池复合隔膜技术领域，特别是涉及一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着电动汽车等新能源产业的迅速发展，具有重量轻，比能量大的锂离子电池获得了极广泛的应用。特别是在电动车辆用动力电池、储能电池、工具电池等领域，锂离子电池成了唯一的候选动力源。但是，由于锂离子电池具有较差的安全性能，容易在过充、过放、短路、针刺等条件下起火爆炸，应用一直受到公众的质疑。
[0003]现有的改善锂离子电池安全性的主要技术手段有:隔膜实现高温闭孔机制、添加电解液阻燃添加剂、正负极材料改性和包覆、有机隔膜用陶瓷涂层防止正负极短路。另外，采用陶瓷纤维隔膜隔离正负极，也是一种提高安全性的有效的方法。但是目前没有合适的材料，特别是只用全陶瓷材料制成的纤维，柔软度不够，不适合锂离子电池卷绕等工艺的使用，只能采用叠片工艺。而且，存在工艺复杂，安全性差等技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法。
[0005]本发明的目的是提供一种具有工艺稳定，操作方便，安全可靠，隔膜孔隙度较大，厚度较薄，既耐高温，又柔软，可以广泛应用于各种锂离子电池制造等特点的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法。
[0006]本发明的技术原理:
[0007]天然纤维结构的海泡石矿物材料在酸洗过程中，酸可以把天然海泡石纤维中的硅酸盐等矿物溶解去除掉，并促进海泡石纤维解束。解束后的海泡石纤维分散性显著增强。经过与有机乳液体系混合后，流延成薄膜。有机乳液作为粘结剂，使隔膜的微观结构呈现出纤维交错分布形貌。再经过进一步的精乳，使孔的形态、隔膜的厚度尺寸得到固定。本技术采用具有天然纤维结构的海泡石矿物，使流延后的薄膜具有纤维编织结构，有利于锂离子电池中锂离子的输运。
[0008]本发明有机/无机纤维复合隔膜的制备方法所采取的技术方案是:
[0009]—种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是:有机/无机纤维复合隔膜的制备过程包括以下工艺步骤:
[0010]⑴酸洗
[0011]酸洗具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，去除可溶性杂质并解束；
[0012]⑵球磨
[0013]酸洗后的海泡石矿物材料分散在水溶液中，经过研磨球球磨制成均匀的混合浆料；
[0014]⑶分散
[0015]加入水溶性的有机乳液作为粘结剂，进行均匀分散；。
[0016]⑷制膜
[0017]浆料通过流延机，经过加热烘出水分，形成薄膜；薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯的精乳辊滚压、分切、收卷制得有机/无机纤维复合隔膜。精乳辊表面必须涂有聚四氟乙烯(特氟龙)，主要是防止水性物料粘辊。
[0018]本发明有机/无机纤维复合隔膜的制备方法还可以采用如下技术方案:
[0019]所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是:球磨时，研磨球球径小于
0.5mm，球磨时间l-10h，球料比为1-10:1。
[0020]所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是:加入水溶性有机乳液后均勾分散时间为0.5-2h。
[0021]所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是:酸洗时，采用硫酸、盐酸、硝酸或者其混合物，浓度为0.l-5mol/L，海泡石矿物材料与酸洗溶液的质量比为1:10-1000。
[0022]所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是:酸洗后的海泡石矿物材料按矿物材料与水1:10-1000的重量比例分散在水溶液。
[0023]所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是:水溶性有机乳液为聚四氟乙烯乳液或聚乙烯乳液中的一种或两种。
[0024]所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是:水溶性有机乳液中的有机物与矿物材料的质量比为1:20-100。
[0025]所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特点是:制膜时，流延薄膜厚度为
0.1-lmm，烘干温度为102-115°C，精乳辊滚压厚度为0.1-0.01mm。
[0026]本发明具有的优点和积极效果是:
[0027]有机/无机纤维复合隔膜的制备方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明采用具有纳米纤维机构的天然海泡石材料，经过有机/无机材料的复合，制成一种具有多孔编制结构的隔膜。有机/无机纤维复合隔膜具有以下明显优点:
[0028]这种隔膜具有较大的孔隙度，可以制成较薄的厚度，由无机陶瓷纤维和有机粘合剂组成，既具有较高的耐高温性能，又具有良好的柔软度。隔膜内部含有大量无机陶瓷纤维，具有$父尚的抗尚温能力，可以把抗温能力由传统隔I旲的150°C左右提尚到600°C以上，大大改善了锂离子电池的高温性能；本发明制造的隔膜具有75%以上的孔隙率，可以增加电解液的吸液量，改善电池的循环和倍率性能；本发明制造的隔膜材料柔软，可以用于叠片电池、圆柱卷绕电池等领域。利用本发明技术制造的锂离子电池安全性大幅度提高，可以广泛应用于电动车辆用的动力电池系统。
【具体实施方式】
[0029]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下:
[0030]实施例1
[0031]—种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，包括以下工艺步骤:
[0032]1.酸洗:
[0033]将100g具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，经过1000g硫酸(硫酸浓度为5mol/L)溶液浸泡3小时，去除可溶性杂质。然后过滤、清洗并烘干，得到解束后的海泡石纤维。
[0034]2.球磨:
[0035]将其分散在1000g的水中，经过0.3mm氧化锆球的球磨1小时，制成均匀的混合浆料。其中，氧化锆球球的质量为lOOOg。
[0036]3.分散:
[0037]在其中加入8.33g的聚四氟乙烯乳液(60%质量浓度，此时纯聚四氟乙烯质量为5g)作为粘结剂，继续均匀分散1小时。
[0038]4.制膜:
[0039]将浆料通过流延机，流延成厚度为1_的薄膜。干燥后的薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯(特氟龙)的精乳辊滚压，压到0.1_厚度，经过分切、收卷制成本发明提出的有机/无机纤维复合隔膜。
[0040]实施例2
[0041]—种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，包括以下工艺步骤:
[0042]1.酸洗:
[0043]将1000Kg具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，经过100吨盐酸(盐酸浓度为
0.lmol/L)溶液浸泡10小时，去除可溶性杂质。然后过滤、清洗并烘干，得到解束后的海泡石纤维。
[0044]2.球磨:
[0045]将其分散在100吨的水中，经过0.4mm氧化锆球的球磨10小时，制成均匀的混合浆料。其中，氧化锆球球的质量为10吨。
[0046]3.分散:
[0047]在其中加入33Kg的聚乙烯乳液(30%质量浓度，此时纯聚乙烯质量为10Kg)作为粘结剂，继续均匀分散1小时。
[0048]4.制膜:
[0049]将浆料通过流延机，流延成厚度为0.1mm的薄膜。干燥后的薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯(特氟龙)的精乳辊滚压，压到0.01mm厚度，经过分切、收卷制成本发明提出的有机/无机纤维复合隔膜。
[0050]实施例3
[0051]—种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，包括以下工艺步骤:
[0052]1.酸洗:
[0053]将10g具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，经过500g硝酸(硝酸浓度为2mol/L)溶液浸泡2小时，去除可溶性杂质。然后过滤、清洗并烘干，得到解束后的海泡石纤维。
[0054]2.球磨:
[0055]将其分散在500g的水中，经过0.2mm氧化锆球的球磨1小时，制成均匀的混合浆料。其中，氧化锆球球的质量为50g。
[0056]3.分散:
[0057]在其中加入的0.333g聚四氟乙烯乳液(60%质量浓度，此时纯聚四氟乙烯质量为
0.2g)作为粘结剂，继续均匀分散1小时。
[0058]4.制膜:
[0059]将浆料通过流延机，流延成厚度为0.5mm的薄膜。干燥后的薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯(特氟龙)的精乳辊滚压，压到0.05mm厚度，经过分切、收卷制成本发明提出的有机/无机纤维复合隔膜。
[0060]本实施例具有所述的工艺稳定，操作方便，安全可靠，隔膜孔隙度较大，厚度较薄，既耐高温，又柔软，可以广泛应用于各种锂离子电池制造等积极效果。
【主权项】
1.一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是:有机/无机纤维复合隔膜的制备过程包括以下工艺步骤: (1)酸洗 酸洗具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，去除可溶性杂质并解束； (2)球磨 酸洗后的海泡石矿物材料分散在水溶液中，经过研磨球球磨制成均匀的混合浆料； (3)分散 加入水溶性的有机乳液作为粘结剂，进行均匀分散； ⑷制膜 浆料通过流延机，经过加热烘出水分，形成薄膜；薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯的精乳辊滚压、分切、收卷制得有机/无机纤维复合隔膜。2.根据权利要求1所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是:球磨时，研磨球球径小于0.5mm，球磨时间l-10h，球料比为1_10:1。3.根据权利要求1所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是:加入水溶性有机乳液后均匀分散时间为0.5-2h。4.根据权利要求1、2或3所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是:酸洗时，采用硫酸、盐酸、硝酸或者其混合物，浓度为0.l_5mol/L，海泡石矿物材料与酸洗溶液的质量比为1:10-1000o5.根据权利要求1、2或3所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是:酸洗后的海泡石矿物材料按矿物材料与水1:10-1000的重量比例分散在水溶液。6.根据权利要求1、2或3所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是:水溶性有机乳液为聚四氟乙烯乳液或聚乙烯乳液中的一种或两种。7.根据权利要求6所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是:水溶性有机乳液中的有机物与矿物材料的质量比为1:20-100。8.根据权利要求1、2或3所述的有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，其特征是:制膜时，流延薄膜厚度为0.1-lmm，烘干温度为102-115°C，精乳辊滚压厚度为0.1-0.01mm。
【专利摘要】本发明涉及一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法。本发明属于锂离子电池复合隔膜技术领域。一种有机/无机纤维复合隔膜的制备方法，包括以下工艺步骤：(1)酸洗：酸洗具有天然纤维结构的海泡石矿物材料，去除可溶性杂质并解束；(2)球磨：酸洗后的海泡石矿物材料分散在水溶液中，经过研磨球球磨制成均匀的混合浆料；(3)分散：加入水溶性的有机乳液作为粘结剂，进行均匀分散；(4)制膜：浆料通过流延机，经过加热烘出水分，形成薄膜；薄膜经过表面涂有聚四氟乙烯的精轧辊滚压、分切、收卷制得有机/无机纤维复合隔膜。本发明具有工艺稳定，操作方便，安全可靠，隔膜孔隙度较大，厚度较薄，既耐高温，又柔软，可以广泛应用于各种锂离子电池制造等优点。
【IPC分类】H01M2/16, H01M2/14
【公开号】CN105428573
【申请号】CN201510946351
【发明人】李凤民, 纪继坤
【申请人】天津先众科技有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月16日