鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的製備方法
2023-06-08 20:03:21
專利名稱：鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的製備方法
技術領域：
本發明屬於高能電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的制 備方法。
背景技術：
鋰離子電池是在液態鋰離子電池的基礎上發展起來的一種新型鋰電池，它既保持 了傳統鋰電池的高比能量、長循環壽命等優點，又具有安全可靠、快速充電等優良性能，目 前已成為鋰離子電池發展的一個新方向，受到人們的廣泛關注。在鋰離子電池中，聚合物隔膜的作用是連接並隔開正極與負極材料，聚合物隔膜 是電池的絕緣體，但允許離子遷移通過，是電池的重要組成部分。聚合物隔膜性能的優劣決 定著電池的界面結構及內阻，進而影響著電池的容量、循環性、充電電流密度等關鍵特性。 因此，性能優異的聚合物隔膜對於提高鋰離子電池的綜合性能具有重要的作用。目前，在鋰離子電池中常用的聚合物隔膜是微孔聚烯烴膜，其製備方法主要有熔 融拉伸法(MSCS)和熱致相分離法(TIPS)兩種。熔融拉伸法是通過熔融擠出得到半結晶硬 彈性的聚合物薄膜，然後對其進行拉伸，在薄膜中生產許多微孔，製造過程中不需要溶劑， 生產速率較高，所採用的高分子材料是廣泛商品化的聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)，屬最廉價 的膜材料之一，但採用該方法只能製成單層隔膜，如果要提高隔膜的性能，只能在製成單層 隔膜後再複合，這樣不利於隔膜的超薄化，同時增加了生產工藝的複雜性，導致生產成本增 加。熱致相分離法是通過調整聚合物與稀釋劑的配比、選擇不同萃取劑、控制溫度及萃取 劑浴中的時間等因素來製備出具有不同厚度、不同孔徑尺寸、不同孔隙率的微孔聚合物隔 膜。熱致相分離法的工藝比熔融拉伸法要複雜，需加入和脫除稀釋劑，因此製備成本相對較 高，且可能引起二次汙染；而熔融拉伸法工藝簡單、生產過程中無汙染。(文獻1，Kesting R E, Synthetic Polymer Membranes, Second Edition, 1985 ；文獻 2, Song J Y, Wang Y Y, Journal of Power Sources, 1999, 77 183 ；文獻 3, Jian K, Pintauro PN, Journal of Membrane Science，1996，117 :117 ；文獻 4，US Patent 6 080 507 ；文獻 5，US Patent 5 139 529 ；文獻 6，US Patent 3 679 538。)隨著鋰離子電池的不斷發展，製備工藝已逐步多樣化。目前國內已有不少專利公 開了相關方面的研究，如CN1322019A，CN1259773A, CN1423363A等。上述專利主要是利用 各種物理方法或化學方法在已商品化的聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)多孔膜表面塗敷聚合物 層，或先在多孔膜表面塗敷這些聚合物基質的單體，然後再聚合，目的是為了提升隔膜的電 解質保持能力，同時與正負極有一定的粘結能力，使正負極隔膜成為一體，其存在的問題是 通過單層複合隔膜厚度增加，導致電容量降低，且由於複合過程中有雜質帶入，難免影響電 池性能。
發明內容
本發明的目的在於針對上述技術存在的不足，提供一種工藝簡單、製備成本低、微孔隔膜各項性能優異的鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的製備方法。為實現上述目的，本發明的技術方案為一種鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的製備方法，包括如下步驟1)擠出成膜將聚丙烯和聚乙烯按質量比1 1 5 1混合均勻，在擠出機中 於185 210°C下熔融擠出成膜；2)熱處理在125 130°C下熱處理48 72小時；3)縱向拉伸成孔在溫度為110 120°C、拉伸速率為20m/min下進行縱向拉伸成 孔，製得聚合物微孔隔膜。優選地，所述1)步驟中聚丙烯密度為0. 9 0. 92，聚乙烯的密度為0. 95 0. 965。進一步地，所述聚丙烯密度優選為0.91 0.915，聚乙烯的密度優選為0.96 0. 964。優選地，所述1)步驟中聚丙烯和聚乙烯按質量比為2 1 3 1。本發明的鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的製備方法是在現有熔融拉伸法(MSCS) 基礎上改進而成，傳統的熔融拉伸法是將聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)分別熔融擠出成膜，再 根據電池性能要求將兩者進行複合，這不僅不利於隔膜的超薄化，還增加了生產工藝的復 雜性，導致成本居高不下；而本發明的方法是將聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)按特定比例混合 後熔融擠出成膜，並對後續的熱處理及縱向拉伸成孔工藝參數進行嚴格控制，不僅省掉了 後續的單層膜複合工藝，且微孔隔膜各項性能得以顯著改善。本發明的優點在於本發明方法採用一次熔融擠出成膜工藝，並通過多次試驗摸索出了各環節的最佳 工藝參數，採用本發明方法可以明顯改善微孔隔膜與電極的粘接性能，提高電池的導電性 能及隔膜的電解質保持性能；本發明方法增加了隔膜微孔的閉合溫度至隔膜熔融溫度的溫 差，從而增強了電池的安全性；採用本發明方法製備的微孔隔膜空隙率較高，利用此隔膜制 備的電池容量大，電池的放電能力強；本發明方法簡化了微孔隔膜的製備工藝，有效降低了 生產成本，適於產業化推廣。
具體實施例方式實施例一1、電極的製備將LiCoO2粉料，炭黑，PVdF-HFP共聚物的DMF溶液混合，在常溫常壓下製成均一的 複合漿料，把漿料均勻的塗敷在作為集流體的鋁箔上，其中LiCoO2佔總塗敷物的85wt %，炭 黑佔10wt%，共聚物佔5wt%。鋁箔經制密化處理乾燥後製成陰極板。將中碳纖維(MCF)與PVdF和DMF溶液混合，在常溫度壓下製成均一的複合漿料， 把漿料均勻的塗敷在作為集流體的銅箔上，其中MCF佔總塗敷物的94wt%，PVdF佔6wt%。 銅箔經制密化處理及乾燥後製成陽極板。2、隔膜的製備將PP和PE按質量比2 1混合均勻後，在擠出機中於210°C熔融擠出成膜，再在 130°C下熱處理72小時，然後在溫度120°C、拉伸速率為20m/min下進行縱向拉伸成孔，即制 得聚合物微孔隔膜。
經檢測，聚合物微孔隔膜的厚度為20um，孔徑大小為0. 04um,孔隙率為38%，縱向 拉伸強度為52N，橫向拉伸強度為6N，微孔的閉合溫度是135°C。3、電池的裝配分別衝切陰極板和陽極板製備陰極和陽極，並將隔膜插到陰極和陽極之間，捲起 來形成電極裝置。把電極裝置放入多層薄膜製成外殼中，向該外殼內注入電解質液，即製成 了一種實驗電池。4、充放電循環測試將實驗電池在微機控制的制動充放電儀上進行充放電循環測試，電流密度為 0. 2mA/cm2，充電截至電壓為4. 2V，放電截至電壓為2. 5V。電池性能參數如下
權利要求
一種鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟1)擠出成膜將聚丙烯和聚乙烯按質量比1∶1～5∶1混合均勻，在擠出機中於185～210℃下熔融擠出成膜；2)熱處理在125～130℃下熱處理48～72小時；3)縱向拉伸成孔在溫度為110～120℃、拉伸速率為20m/min下進行縱向拉伸成孔，製得聚合物微孔隔膜。
2.根據權利要求1所述的鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的製備方法，其特徵在於，所 述1)步驟中聚丙烯密度為0. 9 0. 92，聚乙烯的密度為0. 95 0. 965。
3.根據權利要求2所述的鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的製備方法，其特徵在於，所 述聚丙烯密度為0. 91 0. 915，聚乙烯的密度為0. 96 0. 964。
4.根據權利要求1所述的鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的製備方法，其特徵在於，所 述1)步驟中聚丙烯和聚乙烯按質量比為2 1 3 1混合。
全文摘要
本發明提供了一種鋰離子電池用聚合物微孔隔膜的製備方法，包括如下步驟1)擠出成膜將聚丙烯和聚乙烯按質量比1∶1～5∶1混合均勻，在擠出機中於185～210℃下熔融擠出成膜；2)熱處理在125～130℃下熱處理48～72小時；3)縱向拉伸成孔在溫度為110～120℃、拉伸速率為20m/min下進行縱向拉伸成孔，製得聚合物微孔隔膜。本發明方法採用一次熔融擠出成膜工藝，並對工藝參數進行嚴格控制，不僅省掉了單層膜複合工藝步驟，降低了製備成本，且製備的微孔隔膜各項性能優異，適於產業化推廣。
文檔編號B29C55/02GK101954738SQ20101028270
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月16日 優先權日2010年9月16日
發明者何鵬飛 申請人:湖南紫皇冠新能源技術服務有限公司