一种高安全性隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种高安全性隔膜及其制备方法和应用，所述制备方法包括：（I）将氟碳聚合物、无机陶瓷材料和增塑剂混合，加热，得到混合颗粒料；（II）将混合料层压，得到片状胚料；（III）将片状胚料辊压，得到膜片；（IV）在膜片表面涂覆隔离剂，将多个表面涂覆有隔离剂的膜片堆叠、层压，得到多层膜片；（V）将多层膜片进行辊压，得到多个薄膜；（VI）将每个薄膜进行萃取造孔、加热，得到所述高安全性隔膜。该制备方法可以不受浆料的流动性要求，能够生成具有较高的无机陶瓷材料含量的隔膜，有效提升隔膜的安全性；且能够提高成品率，对于隔膜的厚度和孔隙易于控制。隙易于控制。隙易于控制。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全性隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种高安全性隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度高、寿命长的特点。具有广泛的应用前景。特别是近些年电动汽车的需求爆发式增加，对于锂离子电池的要求进一步提高。特别是锂离子电池的安全性能。
[0003]在锂离子电池的安全性能与其携带的能量密度息息相关。能量密度越高，安全性能越差。当电池处于较高温度条件下时，隔膜容易发生热收缩、熔化，造成正极和负极短路，极易引起燃烧爆炸。
[0004]无机陶瓷材料普遍是耐高温且不可燃，将无机陶瓷材料加入隔膜基材中可以有效提升安全性能，形如专利CN113013552A、CN102544414B、CN110690388A的隔膜中无机陶瓷的含量不高于30%，热稳定性提升有限；专利CN108470875A、CN104485438B的隔膜具有高陶瓷含量，但是其抗拉强度较低；专利CN109103396B将陶瓷/聚合物基材制备成非织造布类的隔膜，其具有较大孔径，存在内短路的风险。
[0005]另外，针对高安全隔膜的制备方法，由于无机陶瓷材料是刚性的，加入隔膜基材中会降低隔膜的柔韧性，难以使用拉伸法制成膜，因此更多采用生产效率低的平板涂覆法，这种方法无法进行大规模的工业性生产，严重阻碍的隔膜的生产效率。因此，急需一种制备方法用于制备兼顾高热稳定性能和机械性能的隔膜，以满足目前对锂离子电池高安全性能的需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的缺陷提供了一种通过辊压制备高安全性隔膜的方法，其采用氟碳聚合物和无机陶瓷材料，通过对氟碳聚合物和无机陶瓷材料的混合颗粒进行辊压，后通过萃取、加热等操作进行造孔，得到具有高安全性的隔膜。该制备方法具有较好的工业生产性，能够大大降低工业生产的高要求以及高能耗，具有简单易操作的作用，提高了工业生产的效率；相对于涂覆和拉伸等工艺，可以不受浆料的流动性要求，能够生成具有较高的无机陶瓷材料含量的隔膜，有效提升隔膜的安全性；且能够提高成品率，对于隔膜的厚度和空隙易于控制。
[0007]根据本申请的一个方面，提供了一种通过辊压制备高安全性隔膜的方法。
[0008]可选地，所述通过辊压制备高安全性隔膜的方法，包括：（I） 将氟碳聚合物、无机陶瓷材料和增塑剂混合，加热，得到混合颗粒料；（II） 将混合料层压，得到片状胚料；（III） 将片状胚料辊压，得到膜片；（IV） 在膜片表面涂覆隔离剂，将多个表面涂覆有隔离剂的膜片堆叠、层压，得到多层膜片；（V） 将多层膜片进行辊压，得到多个薄膜；（VI） 将每个薄膜进行萃取造孔、加热，得到所述高安全性隔膜。
[0009]可选地，在步骤（IV）中，所述隔离剂将多个膜片进行隔离，防止粘连。
[0010]可选地，所述隔离剂为含有固体颗粒和油剂的混合物；固体颗粒和油剂不发生化学反应，固体颗粒不溶于油剂。
[0011]可选地，所述隔离剂与膜片互不相溶，也不发生化学反应。
[0012]可选地，所述聚含氟烯烃和无机陶瓷材料的质量比为(10~70)：(90~30)。
[0013]可选地，所述聚含氟烯烃和无机陶瓷材料的质量比为10：90、20：80、30：70、40：60、50：50、60：40、70：30或任意两个比值之间的任何数值的比值。
[0014]本申请的制备方法可用于具有较高含量的无机陶瓷材料的隔膜，相对于现有技术的平板涂覆工艺，不受到浆料流动性质的束缚。
[0015]一般来说，无机陶瓷材料的含量越高越好，因为其含量越高，隔膜的耐热性越好，但是为了保证一定的机械强度和成膜性，必须含有一定比例的聚合物，并且该聚合物的需具备较好的机械韧性，并兼顾高熔点，因此选择为氟碳聚合物；通过本专利技术人的实验发现，氟碳聚合物的重量比例不能低于10%。否则薄膜将特别脆，不具备柔性，也无法卷对卷的进行加工。
[0016]可选地，所述增塑剂的质量为氟碳聚合物、无机陶瓷材料和增塑剂的总和质量的20%~50%。
[0017]增塑剂的作用是提高聚氟碳聚合物的柔韧性，使得物料得以充分混合均匀。
[0018]可选地，所述步骤（I）中增塑剂在加热时挥发。
[0019]可选地，所述混合颗粒料中，增塑剂的质量占比为5%~30%。
[0020]增塑剂的加入使得氟碳聚合物和无机陶瓷材料混合更加均匀，之后，通过加热的方式，使得增塑剂挥发，含量降低，但是仍保留一定的含量，即加热之前的增塑剂的含量大于加热后增塑剂的含量。
[0021]可选地，所述氟碳聚合物含有氟碳链。
[0022]可选地，所述氟碳聚合物中的重复结构单元中含有氟碳链。
[0023]可选地，所述重复结构单元为C2~C
10
的化合物。
[0024]可选地，所述重复结构单元为C2~C6的化合物。
[0025]可选地，所述重复结构单元中至少含有一个氟原子与碳原子形成氟碳链。
[0026]可选地，所述氟碳聚合物包括聚氟乙烯、聚1,2二氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚四氟乙烯
‑
六氟丙烯中的至少一种。
[0027]优选地，所述氟碳聚合物为聚四氟乙烯。
[0028]优选地，所述氟碳聚合物的聚合度或分子量为10000～50000，氟碳聚合物具有低表面能，延展性高。
[0029]可选地，所述增塑剂包括石蜡油、十氢萘、邻苯二甲酸二辛酯、二氯甲烷中的至少一种。
[0030]优选地，聚四氟乙烯的分子量在10000～50000。
[0031]优选地，所述无机陶瓷材料包括氧化物和/或硅酸盐化合物。
[0032]可选地，所述氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅中的至少一种。
[0033]可选地，所述硅酸盐化合物为蒙脱石、埃洛石、凹凸棒石、高岭石中的至少一种。
[0034]可选地，所述氧化物和硅酸盐的形态为颗粒状、棒状和片状中的一种或多种粒径为50~3μm。
[0035]可选地，所述步骤（I）中增塑剂在加热时挥发。
[0036]可选地，所述加热的温度为50~90℃。温度和增塑剂种类可协同配合。
[0037]可选地，所述混合颗粒料中，增塑剂的质量占比为5%~30%。
[0038]在加热搅拌过程中去除部分增塑剂，使混合物形成固体状态的颗粒料，由于氟碳聚合物（例如聚四氟乙烯）的柔韧性和可塑性高于大多数聚合物，可以在固体状态下加工成型，选择固体状态加工的优势是成膜的性质稳定，均一性良好。
[0039]可选地，所述片状胚料的厚度为0.1~3mm。
[0040]优选地，步骤（II）中，进行了两次层压。
[0041]第一次层压的目的在于将颗粒料成型，此时形成的一次片状胚料中还存在较多的孔隙，因此将多个一次片状胚料进行二次层压成型，将孔隙率减少，提高其压实程度；二次片状胚料的孔隙率根据目标隔膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高安全性隔膜的方法，其特征在于，包括：（I） 将氟碳聚合物、无机陶瓷材料和增塑剂混合，加热，得到混合颗粒料；（II） 将混合料层压，得到片状胚料；（III） 将片状胚料辊压，得到膜片；（IV） 在膜片表面涂覆隔离剂，将多个表面涂覆有隔离剂的膜片堆叠、层压，得到多层膜片；（V） 将多层膜片进行辊压，得到多个薄膜；（VI） 将每个薄膜进行萃取造孔、加热，得到所述高安全性隔膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（IV）中，所述隔离剂将多个膜片进行隔离，防止粘连；所述隔离剂为含有固体颗粒和油剂的混合物；固体颗粒和油剂不发生化学反应，固体颗粒不溶于油剂；所述隔离剂与膜片互不相溶，也不发生化学反应。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增塑剂的质量为含氟聚合物、无机陶瓷材料和增塑剂的总和质量的20%~50%；所述步骤（I）中增塑剂在加热时挥发；所述混合颗粒料中，增塑剂的质量占比为5%~30%。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤（I）中，所述加热的温度为50~90℃；所述增塑剂包括石蜡油、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱军，黄杜斌，王春源，杨扬，
申请(专利权)人：北京金羽新材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：