一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電池隔膜技術領域，具體涉及一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池隔膜是用于阻隔鋰離子電池正負極，避免短路。隨著新能源汽車等領域的發(fā)展，傳統(tǒng)鋰離子電池隔膜如PE (聚乙烯)、PP (聚丙烯)隔膜熔點低(低于150°C)的缺點影響到了大功率鋰離子電池的安全性，為此在傳統(tǒng)聚烯烴隔膜的基礎上，發(fā)展了陶瓷涂覆聚烯烴隔膜及陶瓷涂覆無紡布隔膜。如專利CN104064713公開的在聚烯烴隔膜和無紡布基礎上進行陶瓷涂覆，提高隔膜使用安全性的同時，提高隔膜保持電解液的能力。但是在制作電池過程中，我們發(fā)現(xiàn)陶瓷涂覆隔膜容易發(fā)生掉粉(陶瓷粒子脫落)現(xiàn)象，陶瓷顆粒吸濕性強，且陶瓷涂覆面與電池極片的接觸屬于硬-硬接觸，隔膜與電池極片的界面阻抗較大，影響電池的綜合性能。
[0003]靜電紡絲是一種高效制備高分子納米纖維隔膜技術，該技術利用聚合物高分子溶液在幾千至幾萬伏的高壓靜電場作用下，克服高分子溶液的表面張力形成帶電射流，并不斷會出現(xiàn)加速、拉伸現(xiàn)象，伴隨溶劑揮發(fā)，最終在接收裝置上得到納米級纖維膜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜及其制備方法，以提高電池的倍率放電和循環(huán)壽命等性能。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下:
一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜，在陶瓷涂覆隔膜上進行單面或雙面靜電紡絲。
[0006]所述的陶瓷涂覆隔膜為聚乙烯陶瓷涂層隔膜、聚丙烯陶瓷涂層隔膜、PP/PE/PP陶瓷涂層隔膜(上下兩層PP，中間PE)和無紡布陶瓷涂層隔膜中的一種。
[0007]所述陶瓷涂覆隔膜中所用的陶瓷為納米無機顆粒，具體為三氧化二鋁、二氧化硅、二氧化鈦、鈦酸鋇、氧化鎂、氧化鋯、氧化鋅、氮化硼、碳化硅和氮化硅中的一種或多種。
[0008]所述靜電紡絲采用聚乙烯醇(PVA)、聚氧乙烯(PEO)、纖維素、羥甲基纖維素、羧甲基纖維素、聚酰亞胺(PI)、芳綸、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和芳砜綸中的一種或多種聚合物。
[0009]所述靜電紡絲的單面厚度范圍為1-15 μπι，靜電紡絲的纖維直徑范圍為10_1500nmo
[0010]一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜，其制備方法包括以下步驟:
第I步，靜電紡絲溶液制備:將靜電紡絲所用聚合物溶解在溶劑中，其中聚合物在溶液中的質(zhì)量百分比濃度為5-30wt%，測定所述溶液的粘度在100-3000mPa.S之間；
第2步，靜電紡絲:將配制好的靜電紡絲溶液通過納米纖維紡絲機在陶瓷隔膜上進行單面或雙面連續(xù)靜電紡絲，得到無紡布/納米纖維復合膜，所述靜電紡絲的條件為:溫度10-40°C，電壓20-50kV，紡絲速度為每分鐘每米寬幅l-10g，納米纖維膜的單面厚度為:1-10 μm ；
第3步，將紡絲完成后得到的復合膜進行處理:在120°C烘箱中干燥1-5分鐘，得到一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜。
[0011]采用上述方案后，本發(fā)明在現(xiàn)有的聚烯烴陶瓷涂覆隔膜和無紡布陶瓷涂覆隔膜表面進行靜電紡絲，靜電紡絲不但可以加固束縛陶瓷顆粒，防止脫落，而且，可以作為軟質(zhì)的緩沖層改善隔膜與電極表面的接觸，降低隔膜與電池極片的界面阻抗，有利于提高電池的倍率放電和循環(huán)壽命等性能。
【附圖說明】
[0012]圖1是一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜表面的電鏡照片。
【具體實施方式】
[0013]實施例1
I)靜電紡絲溶液制備:將PMMA溶于NMP(N-甲基吡咯烷酮)中，聚酰亞胺質(zhì)量體積比濃度濃度為5wt %，測定所述聚酰亞胺溶液的粘度為10mPa.S。
[0014]2)靜電紡絲:將配制好的PMMA溶液靜電紡絲溶液通過納米纖維紡絲機在PET無紡布陶瓷隔膜上進行單面連續(xù)靜電紡絲，所述靜電紡絲的條件為:溫度10°c，電壓20kV、紡絲速度為每分鐘每米寬幅Ig，納米纖維膜的單面厚度為I μπι。
[0015]3)將紡絲完成后得到的復合膜進行處理:在120°C烘箱中干燥I分鐘，到一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜，如圖1所示。
[0016]實施例2
I)靜電紡絲溶液制備:將PVA溶于去離子水中，PVA質(zhì)量體積比濃度為5wt %，測定所述PVA溶液的粘度為1500mPa.S。
[0017]2)靜電紡絲:將配制好的PVA溶液靜電紡絲溶液通過納米纖維紡絲機在聚乙烯陶瓷隔膜上進行雙面連續(xù)靜電紡絲，所述靜電紡絲的條件為:溫度40°C，電壓50kV、紡絲速度為每分鐘每米寬幅10g，納米纖維膜的單面厚度為10 μπι。
[0018]3)將紡絲完成后得到的復合膜進行處理:在120°C烘箱中干燥5分鐘，到一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜。
[0019]實施例3
I)靜電紡絲溶液制備:靜電紡絲溶液制備:將聚酰亞胺溶于DMAc (N, N- 二甲基乙酰胺)中，聚酰亞胺質(zhì)量體積比濃度為30wt %，測定所述聚酰亞胺溶液的粘度為3000mPa.S。
[0020]2)靜電紡絲:將配制好的聚酰亞胺溶液靜電紡絲溶液通過納米纖維紡絲機在PP/PE/PP陶瓷涂層隔膜上進行雙面連續(xù)靜電紡絲，所述靜電紡絲的條件為:溫度30°C，電壓40kV、紡絲速度為每分鐘每米寬幅5g，納米纖維膜的單面厚度為5 μπι。
[0021]3)將紡絲完成后得到的復合膜進行處理:在120°C烘箱中干燥5分鐘，得到一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜。
[0022]實施例4
I)靜電紡絲溶液制備:靜電紡絲溶液制備:將PVDF-HFP溶于丙酮中，PVDF-HFP質(zhì)量體積比濃度為15wt %，測定所述聚PVDF-HFP溶液的粘度為1500mPa.S。
[0023]2)靜電紡絲:將配制好的聚丙烯腈溶液靜電紡絲溶液通過納米纖維紡絲機在PP無紡布基材上進行單面連續(xù)靜電紡絲，所述靜電紡絲的條件為:溫度25°C，電壓35kV、紡絲速度為每分鐘每米寬幅6g，納米纖維膜的單面厚度為7 μ mo
[0024]3)將紡絲完成后得到的復合膜進行處理:在120°C烘箱中干燥3分鐘，得到一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜。
【主權(quán)項】
1.一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜，其特征在于:在陶瓷涂覆隔膜上進行單面或雙面靜電紡絲。
2.如權(quán)利要求1所述的一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜，其特征在于:所述的陶瓷涂覆隔膜為聚乙烯陶瓷涂層隔膜、聚丙烯陶瓷涂層隔膜、PP/PE/PP陶瓷涂層隔膜和無紡布陶瓷涂層隔膜中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜，其特征在于:所述陶瓷涂覆隔膜中所用的陶瓷為納米無機顆粒，具體為三氧化二鋁、二氧化硅、二氧化鈦、鈦酸鋇、氧化鎂、氧化鋯、氧化鋅、氮化硼、碳化硅和氮化硅中的一種或多種。
4.如權(quán)利要求1所述的一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜，其特征在于:所述靜電紡絲采用聚乙烯醇PVA、聚氧乙烯PEO、纖維素、羥甲基纖維素、羧甲基纖維素、聚酰亞胺P1、芳綸、聚丙烯腈PAN、聚偏氟乙烯PVDF、聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVDF-HFP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和芳砜綸中的一種或多種聚合物。
5.如權(quán)利要求1所述的一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜，其特征在于:所述靜電紡絲的單面厚度范圍為1-15 μm，靜電紡絲的纖維直徑范圍為10-1500nm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜，其特征在于制備方法包括以下步驟: 第I步，靜電紡絲溶液制備:將靜電紡絲所用聚合物溶解在溶劑中，其中聚合物在溶液中的質(zhì)量百分比濃度為5-30wt%，測定所述溶液的粘度在100-3000mPa.S之間； 第2步，靜電紡絲:將配制好的靜電紡絲溶液通過納米纖維紡絲機在陶瓷隔膜上進行單面或雙面連續(xù)靜電紡絲，得到無紡布/納米纖維復合膜，所述靜電紡絲的條件為:溫度10-40°C，電壓20-50kV，紡絲速度為每分鐘每米寬幅l-10g，納米纖維膜的單面厚度為:1-10 μm ； 第3步，將紡絲完成后得到的復合膜進行處理:在120°C烘箱中干燥1-5分鐘，得到一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種復合型鋰離子電池陶瓷隔膜，在陶瓷涂覆隔膜上進行單面或雙面靜電紡絲。制備方法：第1步，靜電紡絲溶液制備；第2步，靜電紡絲；第3步，將紡絲完成后得到的復合膜進行處理。本發(fā)明在現(xiàn)有的聚烯烴陶瓷涂覆隔膜和無紡布陶瓷涂覆隔膜表面進行靜電紡絲，靜電紡絲不但可以加固束縛陶瓷顆粒，防止脫落，而且，可以作為軟質(zhì)的緩沖層改善隔膜與電極表面的接觸，降低隔膜與電池極片的界面阻抗，有利于提高電池的倍率放電和循環(huán)壽命等性能。
【IPC分類】H01M2-16
【公開號】CN104681764
【申請?zhí)枴緾N201510068558
【發(fā)明人】劉向文, 李文鋒
【申請人】龍巖紫荊創(chuàng)新研究院
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月10日