专利名称：一种锂离子电池用隔膜的生产方法
一种锂离子电池用隔膜的生产方法本发明涉及锂离子电池隔膜，尤其涉及一种锂离子电池用隔膜的生产方法。锂离子电池隔膜是锂离子电池的关键材料之一，对电池的性能起到至关重要的作用。薄的锂离子电池隔膜因为需要的有机电解液总量少，因而有利于提高锂离子电池的安全性能；高闭孔温度的锂离子电池隔膜有利于扩大锂离子电池的使用范围和使用寿命，同时也提高锂离子的的安全性；含有无机绝缘填充物的隔膜，可以有效防止隔膜融化后锂离子电池的正负极的接触而导致短路，对锂离子电池的安全性非常重要。中国发明专利申请CN200610025144.8公开了一种较高温度下工作的微孔膜，使用的是聚醚砜树脂做原料，由于聚醚砜不能抵抗小分子有机酯和氟化氢的腐蚀，因此不能作为锂离子电池的隔膜使用。中国发明专利申请CN201110048688.7公开了一种在隔膜上涂覆一层绝缘层，以达到隔膜融化后锂离子电池正负极的隔离，确保安全，该发明提供的技术很繁琐，涂覆需要使用大量的有机溶剂，生产成本高昂，而且最终产品的质量无法保证。中国发明专利申请CN200810241632.1提供了一种聚酰亚胺隔膜，为了提高隔膜的安全性，该专利使用了涂覆绝缘材料于隔膜表面的技术，该技术可操作性差，成本高昂。目前聚乙烯或聚丙烯的锂离子电池隔膜的厚度为16微米以上，很难做到10微米以下，聚乙烯或聚丙烯锂离子电池隔膜的孔隙率一般只能做到50%左右；聚乙烯锂离子电池隔膜的闭孔温度为聚乙烯的熔点，大约130°C左右，聚丙烯锂离子电池隔膜的闭孔温度大约为150°C左右。本发明要解决的技术问题是提供一种厚度较薄、孔隙率较高，安全性能较好的锂离子电池用隔膜的生产方法。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种锂离子电池用隔膜的生产方法，包括以下步骤:101)制备与纳米材料共混的高熔点塑料粒子；102)将步骤101中得到的与纳米材料共混的高熔点塑料粒子进行挤出和拉伸；103)热定型；所述的纳米材料是纳米二氧化硅、纳米硫酸钡、纳米碳酸钙中的一种，所述的高熔点塑料粒子是PEEK、PEI或PPS塑料粒子中的一种。以上所述的锂离子电池用隔膜的生产方法，在步骤101中，将占高熔点塑料粒子重量10%-50%、平均粒径10-80纳米的纳米材料与高熔点塑料粒子混合均匀后在410-480°C条件下造粒，得到用与纳米材料共混的高熔点塑料粒子。以上所述的锂离子电池用隔膜的生产方法，在步骤102中，将步骤101中得到的高熔点塑料粒子置入双向拉伸薄膜挤出机的原料入口处，流延冷却辊的表面温度为20—30°C，挤出模头的出口狭缝为20-100微米。以上所述的锂离子电池用隔膜的生产方法，在步骤102中，用双向拉伸薄膜挤出机挤出、流延和拉伸，牵引速度为每分钟100-180米，横向拉伸的拉伸比为0-800%，纵向拉伸的拉伸比控制为150%-1000%。以上所述的锂离子电池用隔膜的生产方法，在步骤103中，热定型的温度为100-230°C，热定型时间为1-3小时。本发明使用PEEK、PE1、PPS材料生产的隔膜的厚度可以达到I微米，孔隙率可以达到80% ;无机纳米颗粒不导电，在隔膜融化的温度下也不会融化，能有效阻隔电池的正负极接触，防止电池内部短路发生；本发明可以降低锂离子电池的成本，并提高锂离子电池的使用寿命。本发明锂离子电池用隔膜的制备工艺如下:(I)将一定重量的高熔点塑料粒子(PEEK、PE1、PPS塑料粒子中的一种)中，置入塑料造粒机的料斗,加入占塑料粒子重量10%—50%的纳米材料(纳米二氧化娃、纳米硫酸钡、纳米碳酸钙中的一种)，混合均匀后，设置加热温度为460°C，造粒即得含纳米材料的塑料粒子。(2)将含纳米材料的塑料粒子置入双向拉伸薄膜挤出机的原料入口处，选择宽度为20-100微米的出口狭缝模头，开启冷却水，控制流延冷却辊的表面温度为20--30°C，开动设备。将牵引机的牵引速度调节为100-180米每分钟。(3)控制拉伸比，横向拉伸的拉伸比为0-800% ;纵向拉伸的拉伸比控制为150%—1000%。(4)将拉伸后的薄膜收卷后置入恒温烘箱中进行热定型，热定型的温度控制为100-230°C，热定型I分钟到10小时后即得锂离子电池用隔膜产品，热定型1-3小时后即可得到热性能稳定的薄膜产品。本发明所制备的隔膜由于所用材料的熔点高，PEEK、PE1、PPS的熔点分别为334°C、340°C、281°C，比目前使用的PP或者PE的隔膜的熔点高很多，因而隔膜的闭孔温度高，在锂离子电池中的安全性就高很多，虽然PEEK、PE1、PPS的粒子价格比较贵，但可以把隔膜做的更薄，一般PP或者PE的隔膜的厚度为16微米以上，很难做到10微米以下，使用PEEK、PE1、PPS材料生产的隔膜可以做到I微米，而且孔隙率可以做的更高。PP或者PE隔膜的孔隙率一般可以做到50%左右，而使用PEEK、PE1、PPS材料做的隔膜孔隙率最高可以做到80%，因此，本发明的产品成本低。如果电池温度升高到隔膜闭孔温度以上时，隔膜会融化，但由于本发明的产品中含有无机纳米颗粒，而无机纳米颗粒不导电，在隔膜融化的温度下不会融化，因此能有效阻隔电池的正负极接触，防止短路的发生。实施例1、 (I)将PEEK塑料粒子置入塑料造粒机的料斗，加入塑料粒子重量10%的纳米碳酸钙(广东嘉维化工实业有限公司，粒径20纳米)，混合均匀后，在加热温度为460°C的条件下造粒即得含纳米材料的塑料粒子。
(2)将含纳米材料的塑料粒子置入双向拉伸薄膜挤出机的原料入口处，选择挤出宽度为50微米的出口狭缝模头，开启冷却水，控制流延冷却辊的表面温度为20-30°C，开动设备。(3)将牵引机的牵引速度调节为100米每分钟，控制拉伸比，横向拉伸的拉伸比为150% ;纵向拉伸的拉伸比控制为150%。(4)将拉伸后的薄膜收卷后置入恒温烘箱中进行热定型，热定型的温度控制为100°c，热定型时间为I分钟后即得厚度为1.5微米的锂离子电池用隔膜产品。毛细管流动分析仪测得产品的孔隙率为55%，平均孔径53纳米。锂离子电池用隔膜产品的闭孔温度按中国发明专利申请200910070099.1公开的方法测量为330°C (将隔膜制成电池，检测电池内阻随温度的变化情况，单位温度的上升导致电池内阻变化最大时的温度点即为闭孔温度。本实施例以5°C /分钟的升温速度加热，在接近闭孔温度附近，每5秒钟记录一次电池内阻，当一次电池内阻值上升50欧姆时的温度，即是闭孔温度)。实施例2、(5)将PEI塑料粒子置入塑料造粒机的料斗，加入塑料粒子重量20%的纳米二氧化硅(深圳晶材化工有限公司，粒径10纳米)，混合均匀后，在加热温度为460°C的条件下造粒即得含纳米材料的塑料粒子。(6)将含纳米材料的塑料粒子置入双向拉伸薄膜挤出机的原料入口处，选择挤出宽度为100微米的出口狭缝模头，开启冷却水，控制流延冷却辊的表面温度为20-30°C，开动设备。(7 )将牵弓丨机的牵引速度调节为180米每分钟，控制拉伸比，横向拉伸的拉伸比为800% ;纵向拉伸的拉伸比控制为1000%。(8)将拉伸后的薄膜收卷后置入恒温烘箱中进行热定型，热定型的温度控制为230°C，热定型时间为10分钟后即得厚度为1.2微米的锂离子电池用隔膜产品。毛细管流动分析仪测得产品的孔隙率为48%，平均孔径77纳米。锂离子电池用隔膜产品的闭孔温度按实施例1的方法测量，为280°C。实施例3、(9)将PPS塑料粒子置入塑料造粒机的料斗，加入塑料粒子重量50%的纳米硫酸钡(佛山市安亿纳米材料有限公司，粒径60纳米)，混合均匀后，在加热温度为460°C的条件下造粒即得含纳米材料的塑料粒子。(10)将含纳米材料的塑料粒子置入双向拉伸薄膜挤出机的原料入口处，选择挤出宽度为70微米的出口狭缝模头，开启冷却水，控制流延冷却辊的表面温度为20-30°C，开动设备。(11)将牵引机的牵引速度调节为150米每分钟，控制拉伸比，横向拉伸的拉伸比为500% ;纵向拉伸的拉伸比控制为600%。(12)将拉伸后的薄膜收卷后置入恒温烘箱中进行热定型，热定型的温度控制为230°C，热定型时间为I小时后即得厚度为2.2微米的锂离子电池用隔膜产品。毛细管流动分析仪测得产品的孔隙率为78%，平均孔径120纳米。锂离子电池用隔膜产品的闭孔温度按实施例1的方法测量，为268°C。
权利要求
1.一种锂离子电池用隔膜的生产方法，其特征在于，包括以下步骤: 101)制备与纳米材料共混的高熔点塑料粒子； 102)将步骤101中得到的与纳米材料共混的高熔点塑料粒子进行挤出和拉伸； 103)热定型； 所述的纳米材料是纳米二氧化娃、纳米硫酸钡、纳米碳酸 丐中的一种，所述的高熔点塑料粒子是PEEK、PEI或PPS塑料粒子中的一种。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜的生产方法，其特征在于，在步骤101中，将占高熔点塑料粒子重量10%-50%、平均粒径10-80纳米的纳米材料与高熔点塑料粒子混合均匀后在410-480°C条件下造粒，得到用与纳米材料共混的高熔点塑料粒子。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜的生产方法，其特征在于，在步骤102中，将步骤101中得到的高熔点塑料粒子置入双向拉伸薄膜挤出机的原料入口处，流延冷却辊的表面温度为20--30°C，挤出模头的出口狭缝为20-100微米。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜的生产方法，其特征在于，在步骤102中，用双向拉伸薄膜挤出机挤出、流延 和拉伸，牵引速度为每分钟100-180米，横向拉伸的拉伸比为0-800%，纵向拉伸的拉伸比控制为150%-1000%。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池用隔膜的生产方法，其特征在于，在步骤103中，热定型的温度为100-230°C，热定型时间为1-3小时。
全文摘要
本发明公开了一种锂离子电池用隔膜的生产方法，包括以下步骤制备与纳米材料共混的高熔点塑料粒子；将得到的与纳米材料共混的高熔点塑料粒子进行挤出和拉伸；热定型；所述的纳米材料是纳米二氧化硅、纳米硫酸钡、纳米碳酸钙中的一种，所述的高熔点塑料粒子是PEEK、PEI或PPS塑料粒子中的一种。本发明生产的隔膜的厚度可以达到1微米，孔隙率可以达到80%；无机纳米颗粒不导电，在隔膜融化的温度下也不会融化，能有效阻隔电池的正负极接触，防止电池内部短路发生；本发明可以降低锂离子电池的成本，并提高锂离子电池的使用寿命。
文档编号H01M2/16GK103165841SQ20131007135
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者吕方龙, 戴晓兵 申请人:珠海市赛纬电子材料有限公司