专利名称：锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法
技术领域：
本发明属于高能电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制 备方法。
背景技术：
锂离子电池是在液态锂离子电池的基础上发展起来的一种新型锂电池，它既保持 了传统锂电池的高比能量、长循环寿命等优点，又具有安全可靠、快速充电等优良性能，目 前已成为锂离子电池发展的一个新方向，受到人们的广泛关注。在锂离子电池中，聚合物隔膜的作用是连接并隔开正极与负极材料，聚合物隔膜 是电池的绝缘体，但允许离子迁移通过，是电池的重要组成部分。聚合物隔膜性能的优劣决 定着电池的界面结构及内阻，进而影响着电池的容量、循环性、充电电流密度等关键特性。 因此，性能优异的聚合物隔膜对于提高锂离子电池的综合性能具有重要的作用。目前，在锂离子电池中常用的聚合物隔膜是微孔聚烯烃膜，其制备方法主要有熔 融拉伸法(MSCS)和热致相分离法(TIPS)两种。熔融拉伸法是通过熔融挤出得到半结晶硬 弹性的聚合物薄膜，然后对其进行拉伸，在薄膜中生产许多微孔，制造过程中不需要溶剂， 生产速率较高，所采用的高分子材料是广泛商品化的聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)，属最廉价 的膜材料之一，但采用该方法只能制成单层隔膜，如果要提高隔膜的性能，只能在制成单层 隔膜后再复合，这样不利于隔膜的超薄化，同时增加了生产工艺的复杂性，导致生产成本增 加。热致相分离法是通过调整聚合物与稀释剂的配比、选择不同萃取剂、控制温度及萃取 剂浴中的时间等因素来制备出具有不同厚度、不同孔径尺寸、不同孔隙率的微孔聚合物隔 膜。热致相分离法的工艺比熔融拉伸法要复杂，需加入和脱除稀释剂，因此制备成本相对较 高，且可能引起二次污染；而熔融拉伸法工艺简单、生产过程中无污染。(文献1，Kesting R E, Synthetic Polymer Membranes, Second Edition, 1985 ；文献 2, Song J Y, Wang Y Y, Journal of Power Sources, 1999, 77 183 ；文献 3, Jian K, Pintauro PN, Journal of Membrane Science，1996，117 :117 ；文献 4，US Patent 6 080 507 ；文献 5，US Patent 5 139 529 ；文献 6，US Patent 3 679 538。)随着锂离子电池的不断发展，制备工艺已逐步多样化。目前国内已有不少专利公 开了相关方面的研究，如CN1322019A，CN1259773A, CN1423363A等。上述专利主要是利用 各种物理方法或化学方法在已商品化的聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)多孔膜表面涂敷聚合物 层，或先在多孔膜表面涂敷这些聚合物基质的单体，然后再聚合，目的是为了提升隔膜的电 解质保持能力，同时与正负极有一定的粘结能力，使正负极隔膜成为一体，其存在的问题是 通过单层复合隔膜厚度增加，导致电容量降低，且由于复合过程中有杂质带入，难免影响电 池性能。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术存在的不足，提供一种工艺简单、制备成本低、微孔隔膜各项性能优异的锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法。为实现上述目的，本发明的技术方案为一种锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法，包括如下步骤1)挤出成膜将聚丙烯和聚乙烯按质量比1 1 5 1混合均勻，在挤出机中 于185 210°C下熔融挤出成膜；2)热处理在125 130°C下热处理48 72小时；3)纵向拉伸成孔在温度为110 120°C、拉伸速率为20m/min下进行纵向拉伸成 孔，制得聚合物微孔隔膜。优选地，所述1)步骤中聚丙烯密度为0. 9 0. 92，聚乙烯的密度为0. 95 0. 965。进一步地，所述聚丙烯密度优选为0.91 0.915，聚乙烯的密度优选为0.96 0. 964。优选地，所述1)步骤中聚丙烯和聚乙烯按质量比为2 1 3 1。本发明的锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法是在现有熔融拉伸法(MSCS) 基础上改进而成，传统的熔融拉伸法是将聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)分别熔融挤出成膜，再 根据电池性能要求将两者进行复合，这不仅不利于隔膜的超薄化，还增加了生产工艺的复 杂性，导致成本居高不下；而本发明的方法是将聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)按特定比例混合 后熔融挤出成膜，并对后续的热处理及纵向拉伸成孔工艺参数进行严格控制，不仅省掉了 后续的单层膜复合工艺，且微孔隔膜各项性能得以显著改善。本发明的优点在于本发明方法采用一次熔融挤出成膜工艺，并通过多次试验摸索出了各环节的最佳 工艺参数，采用本发明方法可以明显改善微孔隔膜与电极的粘接性能，提高电池的导电性 能及隔膜的电解质保持性能；本发明方法增加了隔膜微孔的闭合温度至隔膜熔融温度的温 差，从而增强了电池的安全性；采用本发明方法制备的微孔隔膜空隙率较高，利用此隔膜制 备的电池容量大，电池的放电能力强；本发明方法简化了微孔隔膜的制备工艺，有效降低了 生产成本，适于产业化推广。
具体实施例方式实施例一1、电极的制备将LiCoO2粉料，炭黑，PVdF-HFP共聚物的DMF溶液混合，在常温常压下制成均一的 复合浆料，把浆料均勻的涂敷在作为集流体的铝箔上，其中LiCoO2占总涂敷物的85wt %，炭 黑占10wt%，共聚物占5wt%。铝箔经制密化处理干燥后制成阴极板。将中碳纤维(MCF)与PVdF和DMF溶液混合，在常温度压下制成均一的复合浆料， 把浆料均勻的涂敷在作为集流体的铜箔上，其中MCF占总涂敷物的94wt%，PVdF占6wt%。 铜箔经制密化处理及干燥后制成阳极板。2、隔膜的制备将PP和PE按质量比2 1混合均勻后，在挤出机中于210°C熔融挤出成膜，再在 130°C下热处理72小时，然后在温度120°C、拉伸速率为20m/min下进行纵向拉伸成孔，即制 得聚合物微孔隔膜。
经检测，聚合物微孔隔膜的厚度为20um，孔径大小为0. 04um,孔隙率为38%，纵向 拉伸强度为52N，横向拉伸强度为6N，微孔的闭合温度是135°C。3、电池的装配分别冲切阴极板和阳极板制备阴极和阳极，并将隔膜插到阴极和阳极之间，卷起 来形成电极装置。把电极装置放入多层薄膜制成外壳中，向该外壳内注入电解质液，即制成 了一种实验电池。4、充放电循环测试将实验电池在微机控制的制动充放电仪上进行充放电循环测试，电流密度为 0. 2mA/cm2，充电截至电压为4. 2V，放电截至电压为2. 5V。电池性能参数如下
权利要求
一种锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤1)挤出成膜将聚丙烯和聚乙烯按质量比1∶1～5∶1混合均匀，在挤出机中于185～210℃下熔融挤出成膜；2)热处理在125～130℃下热处理48～72小时；3)纵向拉伸成孔在温度为110～120℃、拉伸速率为20m/min下进行纵向拉伸成孔，制得聚合物微孔隔膜。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法，其特征在于，所 述1)步骤中聚丙烯密度为0. 9 0. 92，聚乙烯的密度为0. 95 0. 965。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法，其特征在于，所 述聚丙烯密度为0. 91 0. 915，聚乙烯的密度为0. 96 0. 964。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法，其特征在于，所 述1)步骤中聚丙烯和聚乙烯按质量比为2 1 3 1混合。
全文摘要
本发明提供了一种锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法，包括如下步骤1)挤出成膜将聚丙烯和聚乙烯按质量比1∶1～5∶1混合均匀，在挤出机中于185～210℃下熔融挤出成膜；2)热处理在125～130℃下热处理48～72小时；3)纵向拉伸成孔在温度为110～120℃、拉伸速率为20m/min下进行纵向拉伸成孔，制得聚合物微孔隔膜。本发明方法采用一次熔融挤出成膜工艺，并对工艺参数进行严格控制，不仅省掉了单层膜复合工艺步骤，降低了制备成本，且制备的微孔隔膜各项性能优异，适于产业化推广。
文档编号B29C55/02GK101954738SQ20101028270
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者何鹏飞 申请人:湖南紫皇冠新能源技术服务有限公司