一种掺杂纳米陶瓷颗粒的pe隔膜及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜及其制备方法，包括以下步骤：a、将易发生水解反应的异丙醇盐按一定质量比例加入到醇类有机溶剂中，搅拌至完全溶解，得到纳米陶瓷颗粒溶液；b、将PE隔膜浸泡到纳米陶瓷颗粒溶液中一定时间；c、将经过浸泡过的PE隔膜放入一定湿度的烤箱内烘烤一定时间，得到掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜。本发明使得异丙醇盐水解后形成附着于PE隔膜上的纳米级陶瓷颗粒，相比于传统的喷刷、浸渍方式，本发明的陶瓷颗粒分布更加均匀，孔隙控制效果更好，隔膜性能一致性更高，提高了隔膜的电解热亲和性；而且，采用这种方式获得的陶瓷颗粒与基体的结合更加牢固，能够保持PE隔膜性能的长久稳定，提高锂电池的使用寿命。
【专利说明】
一种掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及锂离子电池隔膜生产技术领域，尤其涉及一种掺杂纳米陶瓷颗粒的PE 隔膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池主要包括四大关键材料，分别是正极材料、负极材料、隔膜和电解液， 隔膜作为锂离子电池的重要组成部分，在电池中起着防止正负极短路的作用；过充或温度 升高时，隔膜通过闭孔来阻隔电流传导，防止爆炸;此外，在充放电过程中隔膜有提供离子 运输通道的作用。隔膜性能优劣决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池容量、循环 性能、充放电电流密度以及安全性能等关键特性。
[0003] 无机陶瓷材料具有很高的熔点、好的电解液亲和性、热稳定性以及很好的电化学 惰性，目前国内外研究机构和企业普遍选用喷刷、浸渍、电纺丝技术、湿式涂布法等将无机 陶瓷材料涂覆在隔膜表面以提高隔膜性能，但喷刷、浸渍制备的涂层厚度和孔隙率控制不 均，隔膜性能一致性差;静电纺丝技术存在理论还不够完善、生产效率低、纤维之间不粘连 及机械强度低、溶剂回收难、环境污染等问题。同时这几种方法又存在涂层不均匀、陶瓷颗 粒与基体粘结不牢固，容易掉粉掉料等现象。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术存在之缺失，提供一种掺杂纳米陶瓷颗粒的PE膜及其制备方 法，其可使纳米陶瓷颗粒分布更加均匀，与基体粘结更加牢固，不易掉粉，使隔膜获得良好 及稳定的电解液亲和力。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
[0006] 一种掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007] a、将易发生水解反应的异丙醇盐按一定质量比例加入到醇类有机溶剂中，搅拌至 完全溶解，得到纳米陶瓷颗粒溶液；
[0008] b、将PE隔膜浸泡到纳米陶瓷颗粒溶液中一定时间；
[0009] C、将经过浸泡过的PE隔膜放入一定湿度的烤箱内烘烤一定时间，得到掺杂纳米陶 瓷颗粒的PE隔膜。
[0010] 作为一种优选方案，所述异丙醇盐选自但不限于异丙醇铝或异丙醇钛，所述醇类 有机溶剂选自但不限于甲醇、乙醇、乙二醇或异丙醇。
[0011] 作为一种优选方案，所述异丙醇盐的粒径<200nm。
[0012] 作为一种优选方案，所述异丙醇盐所占醇类有机溶剂的质量比例为1%~10%。
[0013] 作为一种优选方案，所述PE隔膜浸泡到纳米陶瓷颗粒溶液中的时间为15s~60s。 [0014]作为一种优选方案，烘烤时，所述烤箱的湿度保持在70%~80%，烘烤的温度为40 。(:~75°C，烘烤时间持续50min~70min。
[0015] 一种由前述制备方法制得的PE隔膜，所述PE隔膜的孔隙上附着有纳米陶瓷颗粒。
[0016]本发明的工作原理为:异丙醇盐与醇类有机溶剂混合后，异丙醇盐溶解，当PE隔膜 浸泡到该溶液中时，异丙醇盐就会附着到PE隔膜上，通过将附着有异丙醇盐的PE隔膜放到 有一定湿度的烤箱中烘烤，醇类有机溶剂受热挥发，异丙醇盐发生水解，生成纳米级别的金 属氧化物附着于PE隔膜上，从而得到掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜。
[0017]本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，通过将PE隔膜浸 泡到溶解有异丙醇盐溶液中，使异丙醇盐附着到PE隔膜上，在一定湿度环境下烘干，使异丙 醇盐水解后形成附着于PE隔膜上的纳米级陶瓷颗粒，相比于传统的喷刷、浸渍方式，本发明 的陶瓷颗粒分布更加均匀，孔隙控制效果更好，隔膜性能一致性更高，提高了隔膜的电解热 亲和性;而且，采用这种方式获得的陶瓷颗粒与基体的结合更加牢固，不容易掉粉掉料，能 够保持PE隔膜性能的长久稳定，提高锂电池的使用寿命;同时，由于采用的是易挥发的醇类 有机溶剂，不需要使用胶类溶液，在使用后不会对环境污染，容易回收利用，提高了资源的 利用率。
[0018] 为更清楚地阐述本发明的结构特征、技术手段及其所达到的具体目的和功能，下 面结合具体实施例来对本发明作进一步详细说明：
【具体实施方式】
[0019] 实施例1
[0020] 取3g粒径彡200nm的异丙醇铝加入到300g无水乙醇中，搅拌至完全溶解后，取PE隔 膜浸泡到该溶液中15s，之后将PE隔膜在湿度70%~80%的烤箱中，设定温度40°C~75°C， 烘烤50min~70min，得到掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜。测试浸泡前后的PE隔膜的透气值，数 据见表一。
[0021] 实施例2
[0022] 取15g粒径彡200nm的异丙醇铝加入到300g无水乙醇中，搅拌至完全溶解后，取PE 隔膜浸泡到该溶液中15s，之后将PE隔膜在湿度70%~80 %的烤箱中，设定温度40°C~75 °C，烘烤50min~70min，得到掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜。测试浸泡前后的PE隔膜的透气 值，数据见表一。
[0023] 实施例3
[0024] 取30g粒径<200nm的异丙醇铝加入到300g无水乙醇中，搅拌至完全溶解后，取PE 隔膜浸泡到该溶液中15s，之后将PE隔膜在湿度70%~80 %的烤箱中，设定温度40°C~75 °C，烘烤50min~70min，得到掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜。测试浸泡前后的PE隔膜的透气 值，数据见表一。
[0025] 实施例4
[0026] 取15g粒径<200nm的异丙醇错加入到300g无水乙醇中，搅拌至完全溶解后，取PE 隔膜浸泡到该溶液中60s，之后将PE隔膜在湿度70%~80%的烤箱中，设定温度40 °C~75 °C，烘烤50min~70min，得到掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜。测试浸泡前后的PE隔膜的透气 值，数据见表一。
[0027] 实施例5
[0028] 取15g粒径彡200nm的异丙醇铝加入到300g无水乙醇中，搅拌至完全溶解后，取PE 隔膜浸泡到该溶液中30s，之后将PE隔膜在湿度70%~80%的烤箱中，设定温度40°C~75 °C，烘烤50min~70min，得到掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜。测试浸泡前后的PE隔膜的透气 值，数据见表一。
[0029] 实施例6
[0030] 取15g粒径<200nm的异丙醇钛加入到300g无水乙醇中，搅拌至完全溶解后，取PE 隔膜浸泡到该溶液中15s，之后将PE隔膜在湿度70%~80 %的烤箱中，设定温度40°C~75 °C，烘烤50min~70min，得到掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜。测试浸泡前后的PE隔膜的透气 值，数据见表一。
[0031] 实施例7
[0032] 取15g粒径>500nm的异丙醇铝加入到300g无水乙醇中，搅拌至完全溶解后，取PE隔 膜浸泡到该溶液中30s，之后将PE隔膜在湿度70 %~80 %的烤箱中，设定温度40°C~75°C， 烘烤50min~70min，得到掺杂陶瓷颗粒的PE隔膜。测试浸泡前后的PE隔膜的透气值，数据见 表一。
[0033] 需要说明的是，本发明的醇类有机溶剂也可选用甲醇、乙二醇或异丙醇。
[0034] 对比例
[0035]采用涂覆方式将陶瓷涂布于PE隔膜单面获得的PE隔膜，其中，涂覆的陶瓷量为3g/ cm2。
[0036]取上述实施例5-7制得的PE隔膜，取样面积为100cm2,在隔膜样品上滴加一滴电解 液，计算电解液完全扩散的时间，数据见表二。取对比例PE隔膜，取样面积为100cm2,分别在 陶瓷面和基膜面滴加一滴电解液，试算电解液完全扩散的时间，数据见表二。
[0038]表一
[0039]由表一可见，经掺杂后的PE隔膜，随着异丙醇盐所占比例的增大，隔膜透气值不断 增大，但是由于隔膜太高的透气值会导致做出来的电池安全性不达标，因此，本发明中所述 异丙醇盐所占比例最佳为5%;从浸泡时间看，随着浸泡时间增加，隔膜的透气增加值也增 加，从隔膜的安全性考虑，最佳浸泡时间为30s;从异丙盐种类来看，异丙盐种类对透气值影 响不大，但粒径过大不能掺杂到隔膜孔径，会出现堵孔的情况。
[0041 ]表二
[0042]由表二可见，基膜扩散效果不如掺杂纳米陶瓷颗粒后的PE隔膜，电解液在掺杂陶 瓷颗粒的隔膜上的扩散时间与陶瓷隔膜陶瓷面扩散时间基本相同。陶瓷颗粒种类对扩散时 间影响不大，粒径对扩散时间没有影响，但会造成隔膜堵孔情况。
[0043]综上所述，通过将PE隔膜浸泡到溶解有异丙醇盐溶液中，使异丙醇盐附着到PE隔 膜上，在一定湿度环境下烘干，使异丙醇盐水解后形成附着于PE隔膜上的纳米级陶瓷颗粒， 相比于传统的喷刷、浸渍方式，本发明的陶瓷颗粒分布更加均匀，孔隙控制效果更好，隔膜 性能一致性更高，提高了隔膜的电解热亲和性;而且，采用这种方式获得的陶瓷颗粒与基体 的结合更加牢固，不容易掉粉掉料，能够保持PE隔膜性能的长久稳定，提高锂电池的使用寿 命；同时，由于采用的是易挥发的醇类有机溶剂，不需要使用胶类溶液，在使用后不会对环 境污染，容易回收利用，提高了资源的利用率。
[0044]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，故凡是依据本发 明的技术实际对以上实施例所作的任何修改、等同替换、改进等，均仍属于本发明技术方案 的范围内。
【主权项】
1. 一种掺杂纳米陶瓷颗粒的PE隔膜的制备方法，其特征在于:包括以下步骤： a、 将易发生水解反应的异丙醇盐按一定质量比例加入到醇类有机溶剂中，搅拌至完全 溶解，得到纳米陶瓷颗粒溶液； b、 将PE隔膜浸泡到纳米陶瓷颗粒溶液中一定时间； c、 将经过浸泡过的PE隔膜放入一定湿度的烤箱内烘烤一定时间，得到掺杂纳米陶瓷颗 粒的PE隔膜。2. 根据权利要求1所述的掺杂纳米陶瓷颗粒的PE膜的制备方法，其特征在于:所述异丙 醇盐选自但不限于异丙醇铝、异丙醇镁或异丙醇钛，所述醇类有机溶剂选自但不限于甲醇、 乙醇、乙二醇或异丙醇。3. 根据权利要求2所述的掺杂纳米陶瓷颗粒的PE膜的制备方法，其特征在于:所述异丙 醇盐的粒径< 200nm 〇4. 根据权利要求2或3所述的掺杂纳米陶瓷颗粒的PE膜的制备方法，其特征在于:所述 异丙醇盐所占醇类有机溶剂的质量比例为1 %~1 〇%。5. 根据权利要求1所述的掺杂纳米陶瓷颗粒的PE膜的制备方法，其特征在于:所述PE隔 膜浸泡到纳米陶瓷颗粒溶液中的时间为15s~60s。6. 根据权利要求1所述的掺杂纳米陶瓷颗粒的PE膜的制备方法，其特征在于:烘烤时， 所述烤箱的湿度保持在70 %~80 %，烘烤的温度为40°C~75°C，烘烤时间持续50min~ 70min〇7. -种由前述权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的PE隔膜，其特征在于:所述PE 隔膜的孔隙上附着有纳米陶瓷颗粒。
【文档编号】H01M2/14GK105957999SQ201610524187
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】杨浩田, 王晓明, 王志彬, 韦程
【申请人】东莞市卓高电子科技有限公司