一种电池隔膜及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：（1）将隔膜基体清洗后干燥，放入化学气相沉积设备中；（2）调节化学气相沉积设备中的压力为10~1000Pa，温度为50～120℃，通入硅烷与氧气，并开启紫外灯，照射隔膜基体1～60分钟；（3）停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯，待温度低于50℃后关闭真空系统，取出隔膜基体，得到表面沉积了氧化硅的电池隔膜。本发明还公开了通过该制备方法制得的电池隔膜。本发明通过将硅烷与氧气喷射到隔膜基体表面，利用光化学沉积反应，使得氧化硅均匀地在隔膜基体上生长，既保证了氧化硅层的均匀性与一致性，又有效防止了氧化硅层的脱落，制得的电池隔膜氧化硅层均匀、稳固，安全性高，稳定性好。
【专利说明】一种电池隔膜及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池【技术领域】，尤其涉及一种表面带有氧化硅层的电池隔膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]电池隔膜是电池正极和负极之间一层隔膜材料，用于防止电池的自我放电和两极短路等问题，根据其材质不同，电池隔膜主要分为:聚乙烯隔膜(PE隔膜)、聚丙烯隔膜(PP隔膜)、聚乙烯聚丙烯复合隔膜(PP/PE/PP隔膜)，以及无纺布隔膜(PET隔膜)。
[0003]近年来，随着锂电池的发展与普及应用，人们对电池隔膜安全性的要求也越来越高，因而又诞生了表面带有氧化硅层的电池隔膜。现有技术一般通过涂覆技术或粘结方法将氧化硅黏附在隔膜上，例如德固赛公司通过热压的形式直接将氧化硅粉体压到隔膜上面；而专利CN1679185公开的电池隔膜则是以注入、刷涂、喷涂等涂覆技术将金属氧化物涂覆到隔膜基体材料上。这些方法虽然有效地提高了电池隔膜的耐热性，保证了电池的安全，但由于氧化硅是以颗粒的形式黏附在隔膜上，极易发生涂层脱落与掉粉现象，给电池隔膜的一致性和稳定性造成了极其不利的影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术氧化硅涂层容易脱落的缺陷，提供一种氧化硅层均匀性好、不易脱落的电池隔膜，同时提供该电池隔膜的制备方法。
[0005]本发明通过将硅烷与氧气喷射到隔膜基体表面，利用光化学沉积反应，使得氧化硅均匀地在隔膜基体上生长，制得氧化硅层均匀性好、不易脱落的电池隔膜，从而实现本发明。
[0006]第一方面，本发明提供一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
[0007](I)将隔膜基体清洗后干燥，放入化学气相沉积设备中；
[0008](2)调节化学气相沉积设备中的压力为l(Tl000Pa，温度为50?120°C，通入硅烷与氧气，并开启紫外灯，照射隔膜基体I?60分钟；
[0009](3)停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯，待温度低于50°C后关闭真空系统，取出隔膜基体，得到表面沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0010]优选地，步骤(I)所述的隔膜基体为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯聚丙烯复合隔膜、或无纺布隔膜。
[0011 ] 优选地，步骤(I)所述清洗，具体操作为:将隔膜基体依次用乙醇，丙酮，去离子水各超声处理10?30分钟，以除去隔膜基体上的油污。
[0012]优选地，步骤(I)所述干燥为在真空干燥箱中以60?80°C干燥I?2小时。
[0013]优选地，步骤(2)所述的压力为10?50Pa。
[0014]优选地，步骤(2)所述的温度为100?120°C。
[0015]优选地，步骤(2)中通入硅烷与氧气的同时还通入了惰性气体。惰性气体的加入，有效稀释了硅烷与氧气的浓度，使得氧化硅生长得更为平缓均匀，制得的电池隔膜的氧化硅层的均匀性与一致性更好。
[0016]更优选地,所述惰性气体为氮气、氩气或氮气与氩气的混合体。
[0017]更优选地,所述惰性气体的通入流量为10(Tl000sccm。sccm为体积流量单位,为标况毫升每分钟(standard-state cubic centimeter per minute)
[0018]优选地，步骤(2)中所述的娃烧与氧气,其通入流量分别为10?IOOsccm与10?400sccmo
[0019]优选地，所述制备方法还包括以下步骤:将步骤(3)制备的电池隔膜翻转后再次放入所述化学气相沉积设备中，重复步骤(2)与步骤(3)，得到隔膜基体两面均沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0020]优选地，所述氧化硅的平均颗粒直径为0.05?I μ m。
[0021]本发明制备通过将硅烷与氧气直接喷射到隔膜基体表面，在紫外灯的照射下，硅烷与氧气发生反应，直接在隔膜基体表面生成氧化硅，既保证了氧化硅层的均匀性与一致性，又有效防止了氧化硅层的脱落，制备方法简单，可规模化生产。
[0022]第二方面，本发明提供一种电池隔膜，所述电池隔膜是通过上述制备方法制得的。
[0023]本发明所述的电池隔膜，氧化硅层均匀性好、不易脱落，安全性高，稳定性好。
[0024]相比于现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0025]( I)利用光化学沉积反应，使得氧化硅均匀地在隔膜基体上生长，既保证了氧化硅层的均匀性与一致性，又有效防止了氧化硅层的脱落，制备方法简单，可规模化生产。
[0026](2)制得的电池隔膜氧化硅层均匀、稳固，安全性高，稳定性好。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明实施方式中的具体实施例，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0028]一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
[0029](I)将隔膜基体清洗后干燥，放入化学气相沉积设备中；
[0030](2)调节化学气相沉积设备中的压力为l(Tl000Pa，温度为50?120°C，通入硅烷与氧气，并开启紫外灯，照射隔膜基体I?60分钟；
[0031](3)停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯，待温度低于50°C后关闭真空系统，取出隔膜基体，得到表面沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0032]步骤(I)所述的隔膜基体为聚乙烯隔膜(PE隔膜)、聚丙烯隔膜(PP隔膜)、聚乙烯聚丙烯复合隔膜(PP/PE/PP隔膜)、或无纺布隔膜(PET隔膜)。
[0033]步骤(I)所述的清洗，具体操作为:将隔膜基体依次用乙醇，丙酮，去离子水各超声处理10?30分钟，以除去隔膜基体上的油污。
[0034]步骤(I)所述干燥为在真空干燥箱中以60?80°C干燥I?2小时。
[0035]步骤(2)所述的温度为100?120°C，以更有利于硅烷与氧气的反应。
[0036]步骤(2)中通入硅烷与氧气的同时还通入了惰性气体，相应地，在步骤(3)中待温度低于50°C后再停止通入所述惰性气体。惰性气体的加入，有效稀释了硅烷与氧气的浓度，使得氧化硅生长得更为平缓均匀，制得的电池隔膜的氧化硅层的均匀性与一致性更好。[0037]所述惰性气体为氮气、氩气或氮气与氩气的混合气体。
[0038]所述惰性气体的通入流量为10(Tl000sccm。sccm为体积流量单位，为标况毫升每分钟(standard-state cubic centimeter per minute)
[0039]步骤(2)中所述的硅烷与氧气，其通入流量分别为10?IOOsccm与10?400sccm。
[0040]所述制备方法还包括以下步骤:将步骤(3)制备的电池隔膜翻转后再次放入所述化学气相沉积设备中，重复步骤(2)与步骤(3)，得到隔膜基体两面均沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0041]所述氧化硅的平均颗粒直径为0.05?I μ m。
[0042]本发明制备通过将硅烷与氧气直接喷射到隔膜基体表面，在紫外灯的照射下，硅烷与氧气发生反应，直接在隔膜基体表面生成氧化硅，既保证了氧化硅层的均匀性与一致性，又有效防止了氧化硅层的脱落，制备方法简单，可规模化生产。
[0043]此外，本发明还提供一种电池隔膜，所述电池隔膜是通过上述制备方法制得的。
[0044]本发明所述的电池隔膜，氧化硅层均匀、稳固，安全性高，稳定性好。
[0045]实施例一
[0046]一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
[0047](I)选择聚丙烯隔膜(PP隔膜)为隔膜基体，先将其浸泡到乙醇中并放入超声波清洗机中处理10分钟，取出隔膜基体再放入丙酮中超声处理10分钟，再将隔膜基体放入去离子水中超声处理10分钟，以彻底除去隔膜基体上的污物；隔膜基体清洗干净后放入真空干燥箱中，以60°c的温度条件干燥2小时；取出隔膜基体，冷却至40°C后放入化学气相沉积设备(CVD)中。
[0048](2)抽真空至IOPa并升温至120°C,分别以lOsccm、lOsccm、IOOsccm的流量通入
硅烷、氧气、氮气与氩气的混合气体；然后开启紫外灯，让硅烷与氧气在紫外照射下反应，并在隔膜基体表面生长成氧化硅，反应时间为60分钟；
[0049](3)反应结束后停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯与加热器，待温度低于50°C后再停止通入氮气与氩气的混合气体，关闭真空系统；
[0050](4)打开化学气相沉积设备，将隔膜基体翻传180°，重复步骤(2)与(3)，最后关闭化学气相沉积设备，取出隔膜基体，得到两面均沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0051]实施例二
[0052]一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
[0053](I)选择聚乙烯隔膜(PE隔膜)为隔膜基体，先将其浸泡到乙醇中并放入超声波清洗机中处理20分钟，取出隔膜基体再放入丙酮中，超声处理20分钟，再将隔膜基体放入去离子水中超声处理20分钟，以彻底除去隔膜基体上的污物；隔膜基体清洗干净后放入烘箱中，以70°C的高温下干燥1.5小时；取出隔膜基体，冷却至40°C后放入化学气相沉积设备(CVD)中；
[0054](2)抽真空至IOOPa并升温至100°C,分别以20sccm、100sccm、500sccm的流量通
入硅烷、氧气、氮气；然后开启紫外灯，让硅烷与氧气在紫外照射下反应，并在隔膜基体表面生长成氧化硅，反应时间为40分钟；
[0055](3)反应结束后停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯与加热器，待温度低于50°C后再停止通入氮气，关闭真空系统；[0056](4)打开化学气相沉积设备，取出隔膜基体，得到表面沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0057]实施例三
[0058]一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
[0059](I)选择聚乙烯聚丙烯复合隔膜(PP/PE/PP隔膜)为隔膜基体，先将其在乙醇中浸泡15分钟，再放入丙酮中并超声处理15分钟，再将隔膜基体放入去离子水中超声处理15分钟，以彻底除去隔膜上的污物；隔膜基体清洗干净后放入烘箱中，以75°C的温度条件下干燥1.2小时；干燥后冷却至50°C，然后将隔膜基体放入化学气相沉积设备(CVD)中；
[0060](2)加盖密封,抽真空至500Pa并升温至75°C,分别以50sccm、150sccm、300sccm的流量通入硅烷、氧气、氩气；然后开启紫外灯，让硅烷与氧气在紫外照射下反应，并在隔膜基体表面生长成氧化硅，反应时间为20分钟；
[0061](3)反应结束后停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯与加热器，待温度低于50°C后再停止通入氩气，关闭真空系统；
[0062](4)打开化学气相沉积设备，将隔膜基体翻传180°，重复步骤(2)与(3)，最后关闭化学气相沉积设备，取出隔膜基体，得到两面均沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0063]实施例四
[0064]一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
[0065]( I)选择无纺布隔膜(PET隔膜)作为隔膜基体，先将其浸泡到乙醇中，再放入超声波清洗机中处理30分钟，取出隔膜基体再放入丙酮中超声处理30分钟，再将隔膜基体放入去离子水中超声处理30分钟，以彻底除去隔膜上的污物；隔膜基体清洗干净后放入烘箱中，以80°C的温度条件下干燥I小时；干燥后冷却至45°C，然后将隔膜基体放入化学气相沉积设备(CVD)中；
[0066](2)抽真空至 IOOOPa 并升温至 50°C,分别以 100sccm、400sccm、IOOOsccm 的流量
通入硅烷、氧气、氮气；然后开启紫外灯，让硅烷与氧气在紫外照射下反应，并在隔膜基体表面生长成氧化硅，反应时间为I分钟；
[0067](3)反应结束后停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯与加热器，待温度低于50°C后再停止通入氮气，关闭真空系统；
[0068](4)打开化学气相沉积设备，取出隔膜基体，得到表面沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0069]实施例五
[0070]一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
[0071](I)选择聚丙烯隔膜(PP隔膜)为隔膜基体，先将其浸泡到乙醇中并放入超声波清洗机中处理20分钟，取出隔膜基体再放入丙酮中超声处理20分钟，再将隔膜基体放入去离子水中超声处理20分钟，以彻底除去隔膜基体上的污物；隔膜基体清洗干净后放入真空干燥箱中，以80°C的温度条件干燥1.5小时；取出隔膜基体，冷却至40°C后放入化学气相沉积设备(CVD)中。
[0072](2)抽真空至800Pa并升温至110°C,分别以80sccm、10sccm、750sccm的流量通入
硅烷、氧气、氮气与氩气的混合气体；然后开启紫外灯，让硅烷与氧气在紫外照射下反应，并在隔膜基体表面生长成氧化硅，反应时间为5分钟；
[0073](3)反应结束后停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯与加热器，待温度低于50°C后再停止通入氮气与氩气的混合气体；[0074](4)打开化学气相沉积设备，将隔膜基体翻传180°，重复步骤(2)与(3)，最后关闭化学气相沉积设备，取出隔膜基体，得到两面均沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0075]实施例六
[0076]一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
[0077](I)选择聚乙烯隔膜(PE隔膜)为隔膜基体，先将其浸泡到乙醇中并放入超声波清洗机中处理30分钟，取出隔膜基体再放入丙酮中，超声处理30分钟，再将隔膜基体放入去离子水中超声处理30分钟，以彻底除去隔膜基体上的污物；隔膜基体清洗干净后放入烘箱中，以70°C的高温下干燥2小时；干燥后冷却至50°C，转移至化学气相沉积设备(CVD)中；
[0078](2)抽真空至600Pa并升温至80°C,分别以60sccm、300sccm、600sccm的流量通入硅烷、氧气、氮气；然后开启紫外灯，让硅烷与氧气在紫外照射下反应，并在隔膜基体表面生长成氧化硅，反应时间为10分钟；
[0079](3)反应结束后停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯与加热器，待温度低于50°C后再停止通入氮气，关闭真空系统；
[0080](4)打开化学气相沉积设备，取出隔膜基体，得到表面沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0081]实施例七
[0082]一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
[0083](I)选择聚乙烯聚丙烯复合隔膜(PP/PE/PP隔膜)为隔膜基体，先将其浸泡在乙醇中并放入超声波清洗机中处理10分钟，取出隔膜基体再放入丙酮中并超声处理10分钟，再将隔膜基体放入去离子水中超声处理10分钟，以彻底除去隔膜上的污物；隔膜基体清洗干净后放入烘箱中，以60°c的温度条件下干燥1.8小时；干燥后冷却至50°C，然后将隔膜基体放入化学气相沉积设备(CVD)中；
[0084](2)加盖密封,抽真空至200Pa并升温至60°C,分别以30sccm、400sccm、IOOOsccm
的流量通入硅烷、氧气、氩气；然后开启紫外灯，让硅烷与氧气在紫外照射下反应，并在隔膜基体表面生长成氧化硅，反应时间为30分钟；
[0085](3)反应结束后停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯与加热器，待温度低于50°C后再停止通入氩气，关闭真空系统；
[0086](4)打开化学气相沉积设备，将隔膜基体翻传180°，重复步骤(2)与(3)，最后关闭化学气相沉积设备，取出隔膜基体，得到两面均沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0087]实施例八
[0088]一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
[0089]( I)选择无纺布隔膜(PET隔膜)作为隔膜基体，先将其浸泡到乙醇中，再放入超声波清洗机中处理30分钟，取出隔膜基体再放入丙酮中超声处理30分钟，再将隔膜基体放入去离子水中超声处理30分钟，以彻底除去隔膜上的污物；隔膜基体清洗干净后放入烘箱中，以65°C的温度条件下干燥I小时；干燥后冷却至50°C，然后将隔膜基体放入化学气相沉积设备(CVD)中；
[0090](2)抽真空至300Pa并升温至12CTC,分别以lOOsccm、lOOsccm、IOOsccm的流量通
入硅烷、氧气、氮气；然后开启紫外灯，让硅烷与氧气在紫外照射下反应，并在隔膜基体表面生长成氧化硅，反应时间为20分钟；
[0091](3)反应结束后停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯与加热器，待温度低于50°C后再停止通入氮气，关闭真空系统；
[0092](4)打开化学气相沉积设备，取出隔膜基体，得到表面沉积了氧化硅的电池隔膜。
[0093]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将隔膜基体清洗后干燥，放入化学气相沉积设备中； (2)调节化学气相沉积设备中的压力为l(TlOOOPa，温度为50?120°C，通入硅烷与氧气，并开启紫外灯，照射隔膜基体I?60分钟； (3)停止通入硅烷与氧气，同时关闭紫外灯，待温度低于50°C后关闭真空系统，取出隔膜基体，得到表面沉积了氧化硅的电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(I)所述的隔膜基体为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯聚丙烯复合隔膜、或无纺布隔膜。
3.根据权利要求1所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的温度为 100 ?120°C。
4.根据权利要求1所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中通入硅烷与氧气的同时还通入了惰性气体。
5.根据权利要求4所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气、IS气或氮气与IS气的混合体。
6.根据权利要求1所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的硅烧与氧气，其通入流量分别为10?IOOsccm与10?400sccm。
7.根据权利要求4所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述惰性气体的通入流量为100?lOOOsccm。
8.根据权利要求1所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括以下步骤:将步骤(3)制备的电池隔膜翻转后再次放入所述化学气相沉积设备中，重复步骤(2)与步骤(3)，得到隔膜基体两面均沉积了氧化硅的电池隔膜。
9.根据权利要求1或8所述的一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述氧化硅的平均颗粒直径为0.05?I μ m。
10.一种电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜是通过权利要求1?8任意一项所述制备方法制得的。
【文档编号】C23C16/40GK103779524SQ201210416949
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2012年10月26日
【发明者】周明杰, 王要兵, 袁新生, 钟辉 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技术有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司