制造用于电化学装置的隔膜的方法和由该方法制造的用于电化学装置的隔膜的制作方法_3

文档序号:9635296阅读:来源:国知局
締控的不良溶剂和稀释剂的良 溶剂且沸点低于聚締控烙点从而快速干燥的萃取溶剂。作为非限制性实例,所述萃取溶剂 包括,控,如正己烧或环己烧;面化控,如二氯甲烧、1,1,1-=氯乙烧和氣碳;醇,如乙醇或 异丙醇;W及酬,如丙酬或2-下酬。
[0065] 作为萃取方法,可单独或组合使用所有的普通的溶剂萃取方法,包括浸润方法、溶 剂喷雾方法和超声波方法。萃取时,残余稀释剂的含量优选低于或等于Iwt%。当残余稀释 剂的含量超过Iwt%时,性质降低且多孔膜的渗透性减小。残余稀释剂的量可能受到萃取溫 度和萃取时间的影响,且为了增强稀释剂和有机溶剂的溶解度,高萃取溫度是良好的,但考 虑有机溶剂沸腾带来的安全问题,萃取溫度优选低于或等于40°C。当萃取溫度低于或等于 稀释剂的凝固点时,萃取效率大大降低,且因此,萃取溫度显然应高于稀释剂的凝固点。
[0066] 此外,萃取时间可基于所制造的多孔聚締控膜的厚度来变化,但当厚度为10至 30ym时,2至4分钟是合适的。
[0067] 如上获得的多孔聚締控膜的厚度没有特别限制,但优选为5至50ym,且多孔基板 的孔径和孔隙率没有特别限制,但优选分别为0.OOl至50ym和10%至99%。
[0068] 随后,在多孔聚締控膜的至少一个表面上涂布用于形成多孔涂布层的料浆。为此 目的,首先,制备用于形成多孔涂布层的料浆,且通过在溶剂中分散无机颗粒和有机颗粒中 至少一种类型的颗粒与粘合剂聚合物来制备料浆。也就是说,料浆可包含无机颗粒或有机 颗粒或两者。
[0069] 无机颗粒没有特别的限制,只要其是电化学稳定的即可。也就是说,可用于本公开 中的无机颗粒没有特别的限制,只要其在所应用的电化学装置的操作电压范围(例如对于 Li/Li+为O至5V)内不引起氧化和/或还原反应即可。特别地,当使用能够输送离子的无 机颗粒时,电化学装置中的离子导电性增强,有助于性能改进。此外,当使用具有高介电常 数的无机颗粒作为所述无机颗粒时,运些无机颗粒可有助于增加电解质盐(例如裡盐)在 液体电解质中的解离程度,并可改进电解质溶液的离子导电性。
[0070] 作为非限制性实例,所述无机颗粒包括具有大于或等于5、优选大于或等于10的 高介电常数的无机颗粒、能够输送裡离子的无机颗粒,或其混合物。
[0071] 作为非限制性实例,具有大于或等于5的介电常数的无机颗粒包括BaTi化、 PbCr,Ti) 〇3 (PZT)、PbixLaxZriyTiy〇3 (PLZT)、PB(M拓佩2/3) 〇3-PbTi〇3 (PMN-PT)、氧化给 化f〇2)、SrTi〇3、Sn〇2、Ce〇2、MgO、NiO、CaO、ZnO、Zr〇2、Y203、Al2〇3、Ti〇2、SiC,或其混合物。
[0072] 在本说明书中,'能够输送裡离子的无机颗粒'是指含有裡原子且具有传递 裡离子而不储存裡的功能的无机颗粒,且作为非限制性实例,能够输送裡离子的无机 颗粒包括憐酸裡化i3P〇4)、憐酸裡铁化ijiy (P〇4)3,〇<x<2, 0勺。)、憐酸裡侣铁化ix AlyTiz(P〇4)3,〇<x<2,0勺<1,0知<3)、基于(LiAlTi巧的玻璃(〇<x<4,0<y<13)(如 14Li2〇-9Al2〇3-38Ti〇2-39P2〇5)、铁酸裡铜化ixLayTi〇3, 0<x<2, 0<y<3)、硫代憐酸裡错化ixGey PzSw, 0<x<4, 0<y<l,0<z<l,0<w巧)(女日Li3.25Ge0.25P0.75S4)、裡氮化物化ixN"〇<x<4, 0勺。)(女曰 LisN)、基于SiSz的玻璃化i xSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4)(如LisPOA-LizS-SiSz)、基于P2S5的 玻璃化ixPySz,0<x<3, 0勺<3, 0知<7)(如LiI-LizS-PzSs),或其混合物。
[0073] 料浆中所包含的有机颗粒在空气渗透性、热收缩特征和剥离强度方面为有利的, 且在与粘合剂聚合物结合方面是优异的。
[0074] 作为非限制性实例,可在用于形成多孔涂布层的料浆中使用的有机颗粒包括 由各种类型的聚合物组成的颗粒,如聚苯乙締、聚乙締、基于=聚氯胺的树脂、基于苯 酪的树脂、纤维素、改性纤维素(簇甲基纤维素)、聚丙締、聚醋(聚对苯二甲酸乙二醋 (polyeth}denete;r巧hthalate)、聚糞二甲酸乙二醋(polyeth}denenaphthalate)和聚对 苯二甲酸下二醋(polybut^eneter巧hthalate))、聚苯硫酸、聚芳酷胺、聚酷胺酷亚胺、聚 酷亚胺和丙締酸下醋-甲基丙締酸乙醋共聚物(丙締酸下醋与甲基丙締酸乙醋的交联聚合 物)。有机颗粒可由至少两种类型的聚合物组成。
[0075] 无机颗粒或有机颗粒的尺寸没有限制,但各自可独立地在0.OOl至10ym的范围 内,W形成厚度均一且具有适当孔隙率的涂布层。
[0076] 在用于形成多孔涂布层的料浆中使用的粘合剂聚合物不限于特定类型,只要其 起连接无机颗粒或有机颗粒和使它们稳定固持的作用即可,且作为非限制性实例,其包 括单独或组合的聚偏二氣乙締-共-六氣丙締、聚偏二氣乙締-共-=氯乙締、聚甲基 丙締酸甲醋、聚丙締酸下醋、聚丙締腊、聚乙締化咯烧酬、聚乙酸乙締醋、聚乙締-共-乙 酸乙締醋、聚环氧乙烧、乙酸纤维素、乙酸下酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氯乙基普鲁兰 (巧anoeth}dpullulan)、氯乙基聚乙締醇、氯乙基纤维素、氯乙基薦糖、普鲁兰(pullulan)、 簇甲基纤维素、丙締腊-苯乙締-下二締共聚物和聚酷亚胺。
[0077] 用于多孔涂布层的料浆中的无机颗粒与粘合剂聚合物的组成比可W是,例如,W 重量计,在50:50至99:1范围内,或在70:30至95:5范围内。当所述颗粒相对于粘合剂聚 合物的含量过低时,隔膜的热安全性的改进会减少,且由于颗粒之间的间隙体积形成不充 分,因此孔径及孔隙率降低,导致最终电池性能降低。相反,当颗粒相对于粘合剂聚合物的 含量过高时,多孔涂布层的抗剥离性会降低。
[0078] 作为料浆中所包含的溶剂,优选使用允许颗粒和粘合剂聚合物的均匀混合且随后 可容易移除的溶剂。可用溶剂的非限制性实例可包括丙酬、四氨巧喃、二氯甲烧、氯仿、二甲 基甲酯胺、N-甲基-2-化咯烧酬(NMP)、环己烧、水,或其混合物。
[0079] 在多孔聚締控膜的至少一个表面上涂布用于形成多孔涂布层的料浆,且具体涂布 方法可使用本领域中已知的常见涂布方法,且可使用多种方法,例如浸涂法、模涂法、漉涂 法、刮涂法(commacoating),或其混合。此外,可在多孔聚締控膜的两个表面或仅一个表面 上选择性形成多孔涂布层。
[0080] 随后,使涂有料浆的多孔聚締控膜热定型W获得具有多孔涂布层的复合隔膜。
[0081] 热定型为固定膜且施加热的工艺,且为尽管膜倾向于收缩、但W外力固持膜W去 除残余应力的工艺。随着热定型溫度的升高,优选收缩率降低,但当热定型溫度过高时,聚 締控膜部分地烙融且使所形成的微孔闭合,且渗透性会降低。
[0082] 与拉伸为聚締控膜、萃取稀释剂且进行热定型的传统工艺不同,本公开是拉伸为 聚締控膜、萃取稀释剂、用用于形成多孔涂布层的料浆涂布W及进行热定型,因此是在所涂 料浆上而不是在聚締控膜上进行热定型,且不直接对聚締控膜加热。
[0083] 因此,尽管在比根据现有技术的方法更高的溫度下进行热定型,但可抑制聚締控 膜的烙融。此外,由于直接施加于聚締控膜的热量小,因此与根据现有技术的热定型的聚締 控膜的原纤维不同,邻近于多孔涂布层的聚乙締基板的原纤维形成为薄的。因此,邻近于多 孔涂布层的多孔膜表面的每单位面积的原纤维数密度增加,与涂布料浆的界面接触面积增 加,且在高于涂布料浆的玻璃转化溫度(Tg)或烙点(Tm)的溫度范围进行热定型时,可改进 料浆在多孔聚締控膜的原纤维结构上的润湿性。
[0084] 热定型溫度优选调节至Tm-rCW下,且在此情况下,Tm对应于聚締控的烙点。
[00化]根据本公开的一个示例性实施方式,当使用聚乙締作为聚締控时,热定型溫度可W是13rc至135°C,优选是13rc至133°C,且当热定型溫度满足此范围时,可W改进多孔 涂布层与多孔聚締控膜的结合强度(剥离强度),可W确保结构稳定性,且可W改进热和机 械性质。
[0086] 此外,可W使用在垂直方向上面向在多孔聚締控膜上涂布的料浆的表面的热源来 进行热定型。
[0087] 在热定型步骤中,由于如前所述的高溫热源在垂直方向上面向在多孔聚締控膜上 涂布的料浆的表面,因此在涂布的料浆中的粘合剂聚合物在朝向与多孔聚締控膜表面的垂 直方向上再布置的机率高。由此形成允许裡离子在多孔涂布层中容易移动的涂布层结构, 且裡离子可与多孔聚締控膜中形成的孔隙连通。此外,颗粒之间的粘合剂聚合物或与颗粒 不完全粘合的粘合剂聚合物通过高溫热源所施加的再结晶作用而再布置且可W显著降低 粘合剂聚合物所致的阻力(resistance)。在粘合剂聚合物因在溶剂(特别地,如氯乙基聚 乙締醇)中的差的分散性而在多孔聚締控膜上形成致密膜的情况下,粘合剂
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