电池用复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料及工艺技术领域，具体地说是一种电池用复合隔膜及其制备方法，其特征在于由浆料以湿法辊刮连续涂布法制得厚度为20-100μm的膜层，并具有经相分离技术制得的三维多孔结构，其中所述浆料包括下列各组分：聚偏氟乙烯70%-80%，偶联剂3%-5%，增塑剂3%-5%，骨架填料10%-15%，其中偶联剂采用乙烯基三硅烷、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或两种的混合物，增塑剂采用邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂、间苯二甲酸二丁酯中的一种，骨架填料采用纳米级二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝中的一种，本发高孔隙率，吸液率保液率高，比表面积大，热稳定性好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及锂离子电池材料及工艺
，具体地说是一种，其特征在于由浆料以湿法辊刮连续涂布法制得厚度为20-100μm的膜层，并具有经相分离技术制得的三维多孔结构，其中所述浆料包括下列各组分：聚偏氟乙烯70%-80%，偶联剂3%-5%，增塑剂3%-5%，骨架填料10%-15%，其中偶联剂采用乙烯基三硅烷、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或两种的混合物，增塑剂采用邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂、间苯二甲酸二丁酯中的一种，骨架填料采用纳米级二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝中的一种，本发高孔隙率，吸液率保液率高，比表面积大，热稳定性好。【专利说明】
本专利技术涉及锂离子电池材料及工艺
，具体地说是一种具有高孔隙率、高吸液率、高保液率、孔径均匀，韧性好，适合于大功率动力聚合物锂离子电池用的的。
技术介绍
锂离子电池的关键材料之一——隔膜作为影响电池安全的一个关键材料，目前市面上多为PP-PE-PP结构复合膜，均来自于日本和美国，好的动力电池隔膜技术在国内还是空白。目前商品化的隔膜存在孔隙率较低，吸液率低、熔点较低，机械强度差，安全性差等问题。因此对新型隔膜具有高熔点，高孔率、隔膜熔点低导致的电池温度较高时收缩，造成正负极接触而短路，提高电池的安全性能。因此，专利技术一种评价隔膜高温热蠕变点的方法有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种具有高孔隙率、高吸液率、高保液率、孔径均匀，韧性好，适合于大功率动力聚合物锂离子电池用的的。一种电池用复合隔膜，其特征在于由浆料以湿法辊刮连续涂布法制得厚度为20-100 μ m的膜层，并具有经相分离技术制得的三维多孔结构，其中所述浆料包括下列各组分: 聚偏氟乙烯70%-80%，偶联剂3%-5%，增塑剂3%-5%，骨架填料10%_15%，其中偶联剂采用乙烯基三硅烷、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或两种的混合物，增塑剂采用邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂、间苯二甲酸二丁酯中的一种，骨架填料采用纳米级二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝中的一种。本专利技术中骨架填料的含量为15%-17%0本专利技术中浆料中还包括5%_8%的造孔剂，造孔剂采用邻苯二甲酸二乙酯和邻苯二甲酸二甲酯的混合物，其中混合物中邻苯二甲酸二乙酯与邻苯二甲酸二甲酯的重量比为:1:1-2。本专利技术中浆料中还含有阻燃剂。本专利技术中隔膜的厚度优选为40-80 μ m。本专利技术中隔膜的厚度优选为为60 μ m,该厚度的隔膜特别适用于制作动力电池。本专利技术还提出一种如上所述电池用复合隔膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1:真空浆料制备，按配比取用各组分，在有机溶剂中混料后负压搅拌均匀制成浆料； 步骤2:湿法辊刮涂制备成膜，采用涂布机进行制备，涂层厚度为20至80μπι; 步骤3:三相分离制得孔隙膜层，将步骤2所得膜层与锂离子电池正负极片进行叠片，形成电池单元，将电池单元置于三级相分离设备中进行萃取，萃取剂为甲醇或乙醇，萃取温度为40°C，萃取室真空度为-0.06Mpa，微波振动频率为30_40Hz，其中分别进行一级、二级、三级萃取，一级、二级、三级萃取室中萃取剂浓度分别为91%，95%，98%，萃取时间分别为45min,50min,60min。本专利技术所制膜层热稳定性好，热膨胀小，其性能为溶胀比37%:抗拉性> 26Mpa ;离子导电性能为2.4ms/cm ;在高温环境下(130°C )仍可保持并保持结构完整性，热蠕变形小，经相分离所成的微孔为三维立体高绕度、高曲度，孔隙率约为55±5%左右，比表面积高达97m2/g(PP-PE-PP9.4m2/g);孔径约为0.1-2 μ m ;吸液率为PP-PE-PP传统结构膜的150% ;保液率> 54%，此膜的特点完全不同于PP-PE-PP结构膜，具有三维多孔态结构，网络状支撑，具有高孔隙率、高吸液率、高保液率、孔径均匀，韧性好，能够提高电池内离子交换率、离子电导率、减少化学摩擦电阻、降低交换产热、适合于大功率充放电、而且此时产生的热量很小，具有极佳的高分子表面性能，高温蠕变小，高温下仍能继续保持结构的完整性，而不至于变形，高孔隙率和高扭曲度的独特组合，制得的锂电池电阻值低于工业界的平均水平，使其具有了更多的功能性因而电池的安全性能得到根本保障。【专利附图】【附图说明】: 附图1是本专利技术中隔膜相分离后的表面形貌扫描电镜图，其中图1 (a)是本专利技术的电镜图片；图1 (b)为本专利技术的局部示意图及局部放大示意图；图1 (C)为本专利技术的断面图。附图2是本专利技术中采用辊刮涂布法所制隔膜电镜照片。附图3是本专利技术与现有技术中隔膜的孔径对比图，其中图(a)为本专利技术孔径图，图(b)现有技术中隔膜孔径图。附图4是本专利技术与现有技术中隔膜的内部结构对比图，其中图(a)为本专利技术内部结构图，图(b)现有技术中内部结构图。附图5是本专利技术与现有技术中隔膜的比表面积对比图。附图6是本专利技术与现有技术中隔膜孔径测量比较图，其中图(a)为本专利技术孔径测量图，图(b)为现有技术中隔膜孔径测量图。附图7是本专利技术与现有技术隔膜的热膨胀对比图，其中图(a)为本专利技术隔膜在50-150°C条件下的膨胀曲线，图(b)为现有技术隔膜在50-150°C条件下的膨胀曲线。附图8是本专利技术中TSE隔膜与日本PP隔膜ARC测试后的自放热曲线图。附图9是本专利技术中TSE隔膜与日本PP隔膜随温度变化放热速率对比曲线图。附图10是现有日本PP隔膜和本专利技术中TSE隔膜热性能对比图。附图11是采用本专利技术隔膜制成的电池与现有技术中电池在不同体系不同材料的交流阻抗对比图，其中左图为低频区1mHZ,右图为高频区100HZ的Bode图。【具体实施方式】: 下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1: 电池用复合隔膜，由浆料以湿法辊刮连续涂布法制得厚度为40 μ m的膜层，所述浆料包括下列各组分:聚偏氟乙烯70%，偶联剂3%，增塑剂5%，骨架填料17%，其中偶联剂采用乙烯基三硅烷，增塑剂采用邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛脂，骨架填料采用纳米级二氧化硅，还可以添加白炭黑，将上述各组分按配比取用后，依次经过真空浆料制备，湿法辊刷涂成膜后，制得40 μ m的膜层，将所得膜层与锂离子电池正负极片进行叠片，形成电池单元，将电池单元置于三级相分离设备中进行萃取，萃取剂为甲醇，萃取温度为40°C，萃取室真空度为-0.06Mpa，微波振动频率为30-40HZ，其中分别进行一级、二级、三级萃取，一级、二级、三级萃取室中萃取剂浓度分别为91%，95%，98%，萃取时间分别为45min，50min,60mino实施例2: 按下列配比取用各组分:聚偏氟乙烯70%，骨架的无机填料为纳米级三氧化二铝17%，邻苯二甲酸二丁酯5%，乙烯基三硅烷5%经混料和辊刮涂后成膜，膜厚60 μ m,隔膜与正负极进行叠片，叠片顺序为负极-隔膜-正极(双面)_隔膜-负极，形成电池单元。电池单元置于三级相分离设备中进行萃取，形成多孔态结构，采用甲醇做萃取剂，控制温度为40°C，体系保持真空度-0.06MPa，微波振动频率为30-40HZ。分别经一级、二级、三级萃取实现相分离。一级溶剂室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池用复合隔膜，其特征在于由浆料以湿法辊刮连续涂布法制得厚度为20‑100μm的膜层，并具有经相分离技术制得的三维多孔结构，其中所述浆料包括下列各组分：聚偏氟乙烯70%‑80%，偶联剂3%‑5%，增塑剂3%‑5%，骨架填料10%‑15%，其中偶联剂采用乙烯基三硅烷、聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或两种的混合物，增塑剂采用邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂、间苯二甲酸二丁酯中的一种，骨架填料采用纳米级二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝中的一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆生，韩高荣，杨哲龙，阿纳多里·鲍波维奇，
申请(专利权)人：威海东生能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37