一種鋰離子電池隔膜及其製備方法

2023-09-16 19:37:45 1

一種鋰離子電池隔膜及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋰離子電池隔膜的製備方法，包括以下步驟：（1）提供隔膜基體，清潔後乾燥；（2）將隔膜基體浸泡至四氯化矽溶液中，然後轉移到反應箱中，往反應箱中通入水蒸氣，反應5～10分鐘後停止通入水蒸氣；（3）控制反應箱內溫度為50～80℃，反應10～30分鐘後取出隔膜基體，清洗後乾燥至恆重，得到沉積了氧化矽的鋰離子電池隔膜。本發明還公開了通過上述製備方法製得的鋰離子電池隔膜。本發明通過四氯化矽與水蒸氣的化學反應，使得氧化矽均勻地在隔膜基體上生長，製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽分布均勻，不易脫落，大大提高了鋰離子電池隔膜的耐熱性與穩定性，製備方法簡單，操作方便，適合大規模工業化生產。
【專利說明】一種鋰離子電池隔膜及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋰離子電池【技術領域】，尤其涉及一種鋰離子電池隔膜及其製備方法。【背景技術】
[0002]鋰離子電池隔膜是鋰離子電池正極和負極之間一層隔膜材料，用於防止電池的自我放電和兩極短路等問題，根據其材質不同，鋰離子電池隔膜主要分為:聚乙烯隔膜(PE隔膜)、聚丙烯隔膜(PP隔膜)、聚乙烯/聚丙烯複合隔膜(PP/PE/PP隔膜)，以及無紡布隔膜(PET隔膜)。
[0003]近年來，隨著鋰電池的發展與普及應用，人們對鋰離子電池隔膜安全性的要求也越來越高，因而又誕生了帶有氧化矽的鋰離子電池隔膜。現有技術將氧化矽黏附在隔膜基體上的方法主要有兩種:一是使用粘結劑，這種方法工藝較為複雜，而且粘結劑溶點較低，一旦電池發熱量過大，粘結劑就會熔化，氧化矽就會脫落，因而其使用受到了限制；二是使用塗覆技術，例如德固賽公司通過熱壓的形式直接將氧化矽粉體壓到隔膜上面；而專利CN1679185公開的鋰離子電池隔膜則是以注入、刷塗、噴塗等塗覆技術將金屬氧化物塗覆到隔膜基體材料上，這類方法雖然有效地提高了鋰離子電池隔膜的耐熱性，保證了電池的安全，但由於氧化矽是以顆粒的形式附著在隔膜上，極易發生塗層脫落與掉粉現象，給電池隔膜的一致性和穩定性造成了極其不利的影響。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在於克服現有技術氧化矽塗層容易脫落的缺陷，提供一種鋰離子電池隔膜的製備方法以及由該方法製得的鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜氧化矽分布均勻、剝離強度高。
[0005]本發明通過四氯化矽與水蒸氣的化學反應，使得氧化矽均勻地在隔膜基體上生長，從而提高二氧化矽層的剝離強度，製得氧化矽均勻分布、不易脫落的鋰離子電池隔膜，以實現本發明。
[0006]第一方面，本發明提供一種鋰離子電池隔膜的製備方法，包括以下步驟:
[0007]( I)提供隔膜基體，清潔後乾燥；
[0008](2)將清潔乾燥後的隔膜基體浸泡至四氯化矽溶液中，然後轉移到反應箱中，往反應箱中通入水蒸氣，反應5?10分鐘後停止通入水蒸氣；
[0009](3)控制反應箱內溫度為50?80°C，反應10?30分鐘後取出隔膜基體，經乙醇、去離子水清洗後乾燥至恆重，得到鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的氧化矽。
[0010]優選地，步驟(I)所述的隔膜基體為聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯/聚丙烯複合隔膜、無紡布隔膜。
[0011 ] 優選地，步驟(I)所述的清潔，具體操作為:將隔膜基體依次用乙醇，丙酮、去離子水各超聲處理10?30分鐘，以除去隔膜基體上的油汙。[0012]優選地，步驟(I)所述的乾燥，具體操作為:將清潔後的隔膜基體放入真空乾燥箱中，以60?80°C的溫度條件乾燥I?2小時。
[0013]優選地，步驟(2)所述的四氯化矽溶液，其濃度為90%?100%。
[0014]優選地，步驟(2)所述的浸泡，浸泡時間為I?30分鐘。
[0015]優選地，步驟(2)所述的隔膜基體從四氯化矽溶液取出後，在5?20秒內轉移至反應箱中。四氯化矽遇到溼空氣會生成氯化氫，為保證操作安全，應迅速轉移至反應箱中。
[0016]優選地，步驟(2)所述反應箱為可以調節溫度和溼度的人工氣候箱、生化培養箱或恆溫恆溼培養箱。
[0017]優選地，步驟(2)所述的水蒸氣從反應箱的上方通入，同時從反應箱的正下方進行抽氣。通入水蒸氣後，隔膜基體上的四氧化矽與水蒸氣反應生成矽酸與氯化氫。從反應箱的上方通入水蒸氣，同時從下方進行抽氣，一方面，可以儘快排出反應生成的氯化氫，另一方面，氣流從上往下走，反應產物可以緊緊依附在所述隔膜基體上，從而使最終產物氧化矽與隔膜基體的結合強度更大，抗剝離能力更高。
[0018]優選地，步驟(3)中所述的箱內溫度，控制在50?60°C之間。矽酸加熱至50°C以上會分解為二氧化矽與水，將箱內溫度控制在50?60°C之間，可以控制二氧化矽的生成速度，使得二氧化矽在隔膜基體上附著得更為均勻。
[0019]優選地，步驟(3)中所述乾燥為真空乾燥，乾燥溫度為80?100°C。
[0020]在本發明所述製備方法中，將隔膜基體浸泡至四氯化矽溶液中，使得四氯化矽均勻依附在隔膜基體上，當通入水蒸氣時，依附在隔膜基體上的四氯化矽與水蒸氣反生反應，生成矽酸與氯化氫，矽酸在50?80°C條件下分解成水與氧化矽，氯化氫與水分散發出隔膜基體，而氧化娃則結合隔I吳基體上。
[0021]本發明通過四氯化矽與水蒸氣的化學反應，使得氧化矽均勻地在隔膜基體上生長，大大提高了氧化矽與隔膜的結合力，經測試，隔膜基體表面的氧化矽的剝離強度達8?
12.2gcm。製備方法簡單，操作方便，適合大規模工業化生產。
[0022]第二方面，本發明提供了一種鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的氧化矽，所述鋰離子電池隔膜是通過上述製備方法製得的。
[0023]本發明製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽分布均勻，不易脫落，大大提高了鋰離子電池隔膜的耐熱性與穩定性。
[0024]相比與現有技術，本發明具有以下有益效果:
[0025](I)通過四氯化矽與水蒸氣的化學反應，使得氧化矽均勻地在隔膜基體上生長，大大提高了氧化矽與隔膜基體的結合力，製備方法簡單，操作方便，適合大規模工業化生產。
[0026](2)製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽分布均勻，不易脫落，大大提高了鋰離子電池隔膜的耐熱性與穩定性，保證了電池的安全。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合本發明優選的實施例，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0028]實施例一
[0029]一種鋰離子電池隔膜的製備方法，包括以下步驟:[0030](I)選擇聚丙烯隔膜(表示為PP隔膜)作為隔膜基體，依次放入乙醇、丙酮中超聲清洗10分鐘，清潔後將隔膜基體放入真空乾燥箱中，60°c條件下乾燥2小時；
[0031](2)將乾燥後的隔膜基體浸泡在純四氯化矽溶液中，浸泡10分鐘後取出並在5秒內轉移至人工氣候箱中，從人工氣候箱的上方通入水蒸氣，並從人工氣候箱的正下方進行抽氣，反應10分鐘後停止通入水蒸氣；
[0032](3)升高反應箱內溫度至50°C，保溫10分鐘後取出隔膜基體，用乙醇衝洗I遍，除去隔膜基體上多餘的矽酸，再用去離子水衝洗I遍，然後放入80°C真空乾燥箱中乾燥至恆重，得到鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的
氧化矽。
[0033]測試氧化矽層的剝離強度，結果表明，本實施例所製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽層的剝尚強度10.4gf/cm。
[0034]實施例二
[0035]一種鋰離子電池隔膜的製備方法，包括以下步驟:
[0036](I)選擇聚乙烯隔膜(表示為PE隔膜)作為隔膜基體，依次放入乙醇、丙酮中超聲清洗20分鐘，清潔後將隔膜基體放入真空乾燥箱中，70°C條件下乾燥1.5小時；
[0037](2)將乾燥後的隔膜基體浸泡在濃度為90%的四氯化矽溶液中，浸泡30分鐘後取出並在20秒內轉移至人工氣候箱中，往人工氣候箱中通入水蒸氣，反應5分鐘後停止通入水蒸氣；
[0038](3)升高反應箱內溫度至50°C，保溫20分鐘後取出隔膜基體，用乙醇衝洗I遍，除去隔膜基體上多餘的矽酸，再用去離子水衝洗2遍，然後放入100°C真空乾燥箱中乾燥至恆重，得到鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的
氧化矽。
[0039]測試氧化矽層的剝離強度，結果表明，本實施例所製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽層的剝尚強度8.0gcm0
[0040]實施例三
[0041]一種鋰離子電池隔膜的製備方法，包括以下步驟:
[0042](I)選擇聚乙烯/聚丙烯複合隔膜(表示為PP/PE/PP隔膜)作為隔膜基體，依次放入乙醇、丙酮中超聲清洗15分鐘，清潔後將隔膜基體放入真空乾燥箱中，75°C條件下乾燥1.2小時；
[0043](2)將乾燥後的隔膜基體浸泡在純四氯化矽溶液中，浸泡5分鐘後取出並在10秒內轉移至人工氣候箱中，從人工氣候箱的上方通入水蒸氣，並從人工氣候箱的正下方進行抽氣，反應6分鐘後停止通入水蒸氣；
[0044](3)升高反應箱內溫度至60°C，保溫30分鐘後取出隔膜基體，用乙醇衝洗2遍，除去隔膜基體上多餘的矽酸，再用去離子水衝洗I遍，然後放入90°C真空乾燥箱中乾燥至恆重，得到鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的
氧化矽。
[0045]測試氧化矽層的剝離強度，結果表明，本實施例所製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽層的剝尚強度9.7gcm。
[0046]實施例四[0047]一種鋰離子電池隔膜的製備方法，包括以下步驟:
[0048](I)選擇無紡布隔膜(表示為PET隔膜)作為隔膜基體，依次放入乙醇、丙酮中超聲清洗30分鐘，清潔後將隔膜基體放入真空乾燥箱中，80°C條件下乾燥I小時；
[0049](2)將乾燥後的隔膜基體浸泡在純四氯化矽溶液中，浸泡I分鐘後取出並在5秒內轉移至人工氣候箱中，從人工氣候箱的上方通入水蒸氣，並從人工氣候箱的正下方進行抽氣，反應7分鐘後停止通入水蒸氣；
[0050](3)升高反應箱內溫度至80°C，保溫25分鐘後取出隔膜基體，用乙醇衝洗2遍，除去隔膜基體上多餘的矽酸，再用去離子水衝洗2遍，然後放入85°C真空乾燥箱中乾燥至恆重，得到鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的
氧化矽。
[0051 ] 測試氧化矽層的剝離強度，結果表明，本實施例所製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽層的剝尚強度12.2gf/cm。
[0052]實施例五
[0053]一種鋰離子電池隔膜的製備方法，包括以下步驟:
[0054](I)選擇聚丙烯隔膜(表示為PP隔膜)作為隔膜基體，依次放入乙醇、丙酮中超聲清洗20分鐘，清潔後將隔膜基體放入真空乾燥箱中，80°C條件下乾燥1.5小時；
[0055](2 )將乾燥後的隔膜基體浸泡在純四氯化矽溶液中，浸泡3分鐘後取出並在5秒內轉移至人工氣候箱中，從人工氣候箱的上方通入水蒸氣，並從人工氣候箱的正下方進行抽氣，反應8分鐘後停止通入水蒸氣；
[0056](3)升高反應箱內溫度至70°C，保溫15分鐘後取出隔膜基體，用乙醇衝洗I遍，除去隔膜基體上多餘的矽酸，再用去離子水衝洗I遍，然後放入80°C真空乾燥箱中乾燥至恆重，得到鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的
氧化矽。
[0057]測試氧化矽層的剝離強度，結果表明，本實施例所製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽層的剝離強度9.9gf/cm。
[0058]實施例六
[0059]一種鋰離子電池隔膜的製備方法，包括以下步驟:
[0060](I)選擇聚乙烯隔膜(表示為PE隔膜)作為隔膜基體，依次放入乙醇、丙酮中超聲清洗30分鐘，清潔後將隔膜基體放入真空乾燥箱中，70°C條件下乾燥2小時；
[0061 ] (2 )將乾燥後的隔膜基體浸泡在濃度為95%的四氯化矽溶液中，浸泡6分鐘後取出並在10秒內轉移至人工氣候箱中，往人工氣候箱中通入水蒸氣，反應9分鐘後停止通入水蒸氣；
[0062](3)升高反應箱內溫度至50°C，保溫10分鐘後取出隔膜基體，用乙醇衝洗I遍，除去隔膜基體上多餘的矽酸，再用去離子水衝洗I遍，然後放入90°C真空乾燥箱中乾燥至恆重，得到鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的
氧化矽。
[0063]測試氧化矽層的剝離強度，結果表明，本實施例所製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽層的剝尚強度8.6gf/cm。
[0064]實施例七[0065]一種鋰離子電池隔膜的製備方法，包括以下步驟:
[0066](I)選擇聚乙烯/聚丙烯複合隔膜(表示為PP/PE/PP隔膜)作為隔膜基體，依次放入乙醇、丙酮中超聲清洗10分鐘，清潔後將隔膜基體放入真空乾燥箱中，60°C條件下乾燥
1.8小時；
[0067](2)將乾燥後的隔膜基體浸泡在純四氯化矽溶液中，浸泡5分鐘後取出並在20秒內轉移至人工氣候箱中，從人工氣候箱的上方通入水蒸氣，並從人工氣候箱的正下方進行抽氣，反應10分鐘後停止通入水蒸氣；
[0068](3)升高反應箱內溫度至60°C，保溫30分鐘後取出隔膜基體，用乙醇衝洗I遍，除去隔膜基體上多餘的矽酸，再用去離子水衝洗I遍，然後放入95°C真空乾燥箱中乾燥至恆重，得到鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的
氧化矽。
[0069]測試氧化矽層的剝離強度，結果表明，本實施例所製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽層的剝尚強度10.2gf/cm。
[0070]實施例八
[0071]一種鋰離子電池隔膜的製備方法，包括以下步驟:
[0072](I)選擇無紡布隔膜(表示為PET隔膜)作為隔膜基體，依次放入乙醇、丙酮中超聲清洗30分鐘，清潔後將隔膜基體放入真空乾燥箱中，65°C條件下乾燥I小時；
[0073](2)將乾燥後的隔膜基體浸泡在濃度為99%的四氯化矽溶液中，浸泡10分鐘後取出並在5秒內轉移至人工氣候箱中，從人工氣候箱的上方通入水蒸氣，並從人工氣候箱的正下方進行抽氣，反應7分鐘後停止通入水蒸氣；
[0074](3)升高反應箱內溫度至50°C，保溫20分鐘後取出隔膜基體，用乙醇衝洗I遍，除去隔膜基體上多餘的矽酸，再用去離子水衝洗I遍，然後放入100°c真空乾燥箱中乾燥至恆重，得到鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的
氧化矽。
[0075]測試氧化矽層的剝離強度，結果表明，本實施例所製得的鋰離子電池隔膜，氧化矽層的剝尚強度11.7gf/cm。
[0076]以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)提供隔膜基體，清潔後乾燥； (2)將清潔乾燥後的隔膜基體浸泡至四氯化矽溶液中，然後轉移到反應箱中，往反應箱中通入水蒸氣，反應5?10分鐘後停止通入水蒸氣； (3)控制反應箱內溫度為50?80V，反應10?30分鐘後取出隔膜基體，經乙醇、去離子水清洗後乾燥至恆重，得到鋰離子電池隔膜，所述鋰離子電池隔膜包括隔膜基體和沉積在所述隔膜基體上的氧化矽。
2.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於，步驟(I)所述的隔膜基體為聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯/聚丙烯複合隔膜、無紡布隔膜。
3.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於，步驟(2)所述的四氯化矽溶液，其濃度為90%?100%。
4.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於，步驟(2)所述的浸泡，浸泡時間為I?30分鐘。
5.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於，步驟(2)所述的隔膜基體從四氯化矽溶液取出後，在5?20秒內轉移至反應箱中。
6.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於，步驟(2)所述反應箱為可以調節溫溼度的人工氣候箱、生化培養箱或恆溫恆溼培養箱。
7.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於，步驟(3)所述的水蒸氣從反應箱的上方通入，同時從反應箱的正下方進行抽氣。
8.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於，步驟(3)中所述的箱內溫度，控制在50?60°C之間。
9.根據權利要求1所述的一種鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於，步驟(3)中所述乾燥為真空乾燥，乾燥溫度為80?100°C。
10.一種鋰離子電池隔膜，其特徵在於，所述鋰離子電池隔膜是通過權利要求1-9中任意一項所述製備方法製得的。
【文檔編號】H01M2/16GK103779525SQ201210416961
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月26日 優先權日:2012年10月26日
【發明者】周明傑, 王要兵, 袁新生, 鍾輝 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司