專利名稱：一種納米涂層隔膜材料及其成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合電池隔膜材料，特別是二次鋰離子電池用隔膜材料及其成型方法，屬于鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋰離子電池隔膜是一種具有納米級微孔的高分子功能材料。隔膜的主要作用是隔開電池正極和負(fù)極，同時傳輸電解液，具有電子絕緣性和離子導(dǎo)電性。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、電解質(zhì)的保持性和電池內(nèi)阻等，進(jìn)而影響電池的容量、循環(huán)性能、充放電電流密度等特性。
隨著環(huán)保和能源問題的日益突出，國內(nèi)外對可充電鋰離子二次電池及動力電池的研究也越來越受到重視。與鉛酸、鎳氫電池相比，鋰離子電池具有高能量比、長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)等優(yōu)勢。因此，優(yōu)質(zhì)隔膜的研發(fā)顯得格外重要，其中對隔膜的孔隙率，孔徑分布以及耐溫性提出了更高的要求。鋰離子電池隔膜可以分為微孔膜、無機(jī)纖維非織造膜(玻纖和陶瓷纖維)和復(fù)合膜等?，F(xiàn)有聚乙烯和聚丙烯隔膜存在耐熱性能差，高溫?zé)崾湛s明顯，超過1500°C后會發(fā)生熔化問題；力學(xué)性能較差，不能保證完全隔絕正負(fù)極；內(nèi)在的憎水性，使得電解液潤濕性差，離子通過性差。聚烯烴電池隔膜的孔徑一般在10-100納米之間，孔隙率一般在35-50%之間。當(dāng)放電速率很高時，只有一部分電池能量形成外部動力，其它能量被困在電池內(nèi)，或發(fā)熱損耗，無法滿足汽車加速和爬坡等的行使需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有電池隔膜耐熱性能差、孔徑小、空隙率低、離子通過性差的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種納米涂層隔膜材料，其特征在于，該隔膜材料為內(nèi)部填充無機(jī)納米顆粒、表面涂層的熔噴非織造復(fù)合材料，其面密度為30-60g/m2，厚度為30-70 u m,平均孔徑為0. 4-1 u m,孔隙率為50% -70% 優(yōu)選的，所述熔噴非織造材料的面密度為15_35g/m2，孔隙率為70-90%，纖維平均直徑為I. 5-4 u m。本發(fā)明大大降低了熔噴非織造材料的孔徑尺寸，并具有優(yōu)良的耐熱性，其內(nèi)部填充的無機(jī)納米顆粒在使用過程中也不容易脫落。本發(fā)明還提供了上述納米涂層隔膜材料的成型方法，其特征在于，具體步驟如下第一步采用刮涂機(jī)將無機(jī)納米顆粒漿液料刮涂到熔噴非織造材料上，無機(jī)納米顆粒漿液的固含量為10-30%，刮涂間隙為0. 2-0. 6mm，上膠量為10_20g/m2，速度為l_30m/min ；第二步將第一步刮涂后的熔噴非織造材料送入溫度為90-100°C的烘燥機(jī)中烘l_2min ；第三步將第二步得到的烘干后的熔噴非織造材料送入溫度為40-160°C、軋輥間隙為25-60 iim、速度為l-30m/min的熱軋機(jī)中熱軋；第四步將第三步得到的熱軋后的熔噴非織造材料送入雙面涂層機(jī)中涂層，涂層濕厚度為50-100 iim，涂層劑為固含量為10-15%的PVDF類或丙烯酸類水溶性粘合劑；第五步將第四步得到的涂層后的熔噴非織造材料送入烘燥機(jī)中烘干，烘干溫度為 80-100。。，烘 l-2min ；
第六步將第五步得到的烘干后的熔噴非織造材料送入溫度為95_160°C的烘燥機(jī)中焙烘I. 5-3min,即得到納米涂層隔膜材料，其面密度為30_60g/m2，厚度為30-70 y m，平均孔徑為0. 4-1 u m,孔隙率為50% -70%。優(yōu)選的，所述第一步中熔噴非織造材料的面密度為15_35g/m2，孔隙率為70-90%，纖維平均直徑為I. 5-4 Um0優(yōu)選的，所述第一步中的熔噴非織造材料為聚丙烯、聚酯或聚酰胺。優(yōu)選的，所述第一步中的無機(jī)納米顆粒漿料為固含量為10-30%，顆粒粒徑為25-60nm的水溶性Zr02、MgO、SiO2, TiO2或Al2O3無機(jī)納米顆粒漿料。優(yōu)選的，所述第四步中的涂層劑為PVDF類、丙烯酸類水溶性粘合劑中的任意一種。本發(fā)明提供了一種納米顆粒填充，表面涂層的復(fù)合電池隔膜材料，具有孔徑小、強(qiáng)力高、耐溫性好等優(yōu)點。本發(fā)明所述的電池隔膜材料除了可以用做鋰離子電池隔膜外，還可以用做鎳氫電池隔膜和過濾材料等。
具體實施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，作詳細(xì)說明如下。實施例1-5中的刮涂機(jī)采用上海華迪機(jī)械有限公司生產(chǎn)的RT系列熱熔膠涂布機(jī)；烘燥機(jī)采用常熟市偉成非織造成套設(shè)備有限公司生產(chǎn)的FZH-I熱風(fēng)烘箱；熱軋機(jī)采用安德里茲寇司德公司生產(chǎn)的S-Roll軋機(jī)；雙面涂層機(jī)采用常熟市偉成非織造成套設(shè)備有限公司生產(chǎn)的FZ-浸潰非織造布生產(chǎn)線。實施例1-5制得產(chǎn)品的性能測試方法為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 60003測試隔膜材料的面密度；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3923. 1-1997測試隔膜材料的厚度；根據(jù)GTT TM017-2010-紡織品(非織造材料)孔隙特征測試隔膜材料的平均孔徑；采用貝士德儀器科技(北京)有限公司生產(chǎn)的3H-2000TD1-K型全自動開孔及閉孔率分析儀測試隔膜材料的孔隙率。實施例II)將粒徑為25nm、固含量為20%的1102納米顆粒漿液料(購自杭州萬景新材料有限公司，VK-T31)通過刮涂機(jī)涂到面密度為15g/m2，孔隙率為70%，纖維平均直徑為2. 5 y m的聚丙烯熔噴非織造材料(蕪湖吉豪凈化技術(shù)有限公司，液體過濾材料)上，控制刮涂間隙為0. 2mm,上膠量為10g/m2,速度為30m/min ；2)將刮涂后的熔噴非織造材料送入溫度為90°C的烘燥機(jī)中烘Imin ；3)將烘干的熔噴非織造材料送入溫度為40°C、軋輥間隙為25 u m、速度為30m/min的熱軋機(jī)中熱軋；4)將熱軋后的熔噴非織造材料送入雙面涂層機(jī)中涂層，涂層濕厚度為50i!m，涂層劑采用將固含量為15%的由PVDF共聚物和丙烯酸樹脂組成的水性粘合劑(阿科瑪公司，Kynar Aquatec )；5)將涂層后的熔噴非織造材料進(jìn)入烘燥機(jī)中烘lmin，烘干溫度為80°C ；6)將烘干后的熔噴非織造材料送入溫度為95°C的烘燥機(jī)中焙烘I. 5min,即得到面密度為30g/m2，厚度為30iim，平均孔徑為0. 6 ym，孔隙率為65%的納米涂層隔膜材料。實施例2I)將粒徑為50nm、固含量為20%的SiO2納米顆粒漿液料(杭州萬景新材料有限公司，VK-SOlW納米二氧化硅漿液)通過刮涂機(jī)涂到面密度為35g/m2，孔隙率為70%，纖維 平均直徑為I. 5 iim的聚酯熔噴非織造材料(安徽奧宏超細(xì)濾材有限公司，PET熔噴布)上，控制刮涂間隙為0. 6mm，上膠量為15g/m2，速度為20m/min ；2)將刮涂后的熔噴非織造材料送入溫度為95°C的烘燥機(jī)中烘I. 5min ；3)將烘干的熔噴非織造材料送入溫度為150°C、軋輥間隙為35 U m、速度為20m/min的熱軋機(jī)中熱軋；4)將熱軋后的熔噴非織造材料送入雙面涂層機(jī)中涂層，涂層濕厚度為70i!m，涂層劑為固含量為15%的丙烯酸類粘合劑(成都茵地樂電源科技有限公司，LA132水性電極粘合劑)；5)將涂層后的熔噴非織造材料進(jìn)入烘燥機(jī)中烘I. 5min，烘干溫度為90°C ；6)將烘干后的熔噴非織造材料進(jìn)入溫度為150°C的烘燥機(jī)中焙烘2min，即得到面密度為55g/m2，厚度為43iim，平均孔徑為0. 4 ym，孔隙率為50%的納米涂層隔膜材料。實施例3I)將粒徑為50nm、固含量為30%的ZrO2納米顆粒漿液料(杭州萬景新材料有限公司，VK-R80W)通過刮涂機(jī)涂到面密度為25g/m2，孔隙率為90%，纖維平均直徑為I. 5iim的尼龍6熔噴非織造材料(北京軒羽鴻科技有限公司，IOA型)上，控制刮涂間隙為0. 6mm,上膠量為20g/m2，速度為lm/min ；2)將刮涂后的熔噴非織造材料送入溫度為90°C的烘燥機(jī)中烘2min ；3)將烘干的熔噴非織造材料送入溫度為160°C、軋輥間隙為40 U m、速度為lm/min的熱軋機(jī)中熱軋；4)將熱軋后的熔噴非織造材料送入雙面涂層機(jī)中涂層，涂層濕厚度為100 ym，涂層劑為經(jīng)蒸餾水稀釋的固含量為10%的丙烯酸類粘合劑(成都茵地樂電源科技有限公司，LA132水性電極粘合劑)；5)將涂層后的熔噴非織造材料進(jìn)入烘燥機(jī)中烘2min，烘干溫度為90°C ；6)將烘干后的熔噴非織造材料進(jìn)入溫度為150C的烘燥機(jī)中焙烘I. 5min,即得到面密度為60g/m2，厚度為70iim，平均孔徑為0. 5 ym，孔隙率為50%的納米涂層隔膜材料。實施例4I)將粒徑為60nm、固含量為20%的Al2O3納米顆粒漿液料(杭州萬景新材料有限公司，VK-L30W)通過刮涂機(jī)涂到面密度為30g/m2，孔隙率為85%，纖維平均直徑為3 y m的聚丙烯熔噴非織造材料(蕪湖吉豪凈化技術(shù)有限公司，液體過濾材料)上，控制刮涂間隙為0. 3mm，上膠量為20g/m2，速度為20m/min ；2)將刮涂后的熔噴非織造材料送入溫度為90C的烘燥機(jī)中烘干Imin ；3)將烘干的熔噴非織造材料送入溫度為40C、軋輥間隙為60 u m、速度為20m/min的熱軋機(jī)中熱軋；4)將熱軋后的熔噴非織造材料送入雙面涂層機(jī)中涂層，涂層濕厚度為90_，涂層劑為經(jīng)蒸餾水稀釋至固含量為20%的由PVDF共聚物和丙烯酸樹脂組成的水性粘合劑(阿科瑪公司，Kynar Aquatec )；5)將涂層后的熔噴非織造材料進(jìn)入烘燥機(jī)中烘干lmin，烘干溫度為80C ；6)將烘干后的熔噴非織造材料進(jìn)入溫度為95°C的烘燥機(jī)中焙烘2min，即得到面 密度為60g/m2，厚度為70 iim，平均孔徑為Iii m，孔隙率為70%的納米涂層隔膜材料。實施例5I)將粒徑為30nm、固含量為20%的MgO納米顆粒漿液料(杭州萬景新材料有限公司，VK-Mg30C)通過刮涂機(jī)涂到面密度為30g/m2，孔隙率為85%，纖維平均直徑為3iim的聚酯熔噴非織造材料(安徽奧宏超細(xì)濾材有限公司，PET熔噴布)上，控制刮涂間隙為0. 3mm,上膠量為20g/m2，速度為20m/min ；2)將刮涂后的熔噴非織造材料送入溫度為100C的烘燥機(jī)中烘干Imin ；3)將烘干的熔噴非織造材料送入溫度為120C、軋輥間隙為30 u m、速度為20m/min的熱軋機(jī)中熱軋；4)將熱軋后的熔噴非織造材料送入雙面涂層機(jī)中涂層，涂層濕厚度為90i!m，涂層劑為經(jīng)蒸餾水稀釋至固含量為20%的由PVDF共聚物和丙烯酸樹脂組成的水性粘合劑
(阿科瑪公司，Kynar Aquatec )；5)將涂層后的熔噴非織造材料進(jìn)入烘燥機(jī)中烘干lmin，烘干溫度為100°C ；6)將烘干后的熔噴非織造材料進(jìn)入溫度為150°C的烘燥機(jī)中焙烘2min，即得到面密度為60g/m2，厚度為50iim，平均孔徑為0. 8 ym，孔隙率為50%的納米涂層隔膜材料。
權(quán)利要求
1.一種納米涂層隔膜材料，其特征在于，該隔膜材料為內(nèi)部填充無機(jī)納米顆粒、表面涂層的熔噴非織造復(fù)合材料，其面密度為30-60g/m2，厚度為30-70 μ m,平均孔徑為O. 4-1 μ m，孔隙率為50% -70%。
2.如權(quán)利要求I所述的納米涂層隔膜材料，其特征在于，所述熔噴非織造材料的面密度為15-35g/m2，孔隙率為70-90%，纖維平均直徑為I. 5-4 Um0
3.權(quán)利要求I所述的納米涂層隔膜材料的成型方法，其特征在于，具體步驟如下 第一步采用刮涂機(jī)將無機(jī)納米顆粒漿液料刮涂到熔噴非織造材料上，無機(jī)納米顆粒漿液的固含量為10-30%，刮涂間隙為O. 2-0. 6mm，上膠量為10_20g/m2，速度為l_30m/min ； 第二步將第一步刮涂后的熔噴非織造材料送入溫度為90-100°C的烘燥機(jī)中烘l_2min ； 第三步將第二步得到的烘干后的熔噴非織造材料送入溫度為40-160°C、軋輥間隙為25-60 μ m、速度為l_30m/min的熱軋機(jī)中熱軋； 第四步將第三步得到的熱軋后的熔噴非織造材料送入雙面涂層機(jī)中涂層，涂層濕厚度為50-100 μ m，涂層劑為固含量為10-15%的PVDF類或丙烯酸類水溶性粘合劑； 第五步將第四步得到的涂層后的熔噴非織造材料送入烘燥機(jī)中烘干，烘干溫度為80-100。。，烘 l-2min ； 第六步將第五步得到的烘干后的熔噴非織造材料送入溫度為95-160°C的烘燥機(jī)中焙烘I. 5-3min,即得到納米涂層隔膜材料，其面密度為30_60g/m2，厚度為30-70 μ m,平均孔徑為O. 4-1 μ m,孔隙率為50% -70% ο
4.如權(quán)利要求3所述的納米涂層隔膜材料的成型方法，其特征在于，所述第一步中熔噴非織造材料的面密度為15-35g/m2，孔隙率為70-90%，纖維平均直徑為I. 5-4 Um0
5.如權(quán)利要求3所述的納米涂層隔膜材料的成型方法，其特征在于，所述第一步中的熔噴非織造材料為聚丙烯、聚酯或聚酰胺。
6.如權(quán)利要求3所述的納米涂層隔膜材料的成型方法，其特征在于，所述第一步中的無機(jī)納米顆粒漿料為固含量為10-30%，顆粒粒徑為25-60nm的水溶性ZrO2、MgO、SiO2、TiO2或Al2O3無機(jī)納米顆粒衆(zhòng)料。
7.如權(quán)利要求3所述的納米涂層隔膜材料的成型方法，其特征在于，所述第四步中的涂層劑為PVDF類、丙烯酸類水溶性粘合劑中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米涂層隔膜材料及其成型方法。所述的納米涂層隔膜材料為內(nèi)部填充無機(jī)納米顆粒、表面涂層的熔噴非織造復(fù)合材料，其面密度為30-60g/m2，厚度為30-70μm，平均孔徑為0.4-1μm，孔隙率為50％-70％。成型方法為采用刮涂機(jī)將無機(jī)納米顆粒漿液料刮涂到熔噴非織造材料上；然后依次經(jīng)過烘干、熱軋、涂層、再次烘干、焙烘，得到納米涂層隔膜材料。本發(fā)明提供了一種納米顆粒填充，表面涂層的復(fù)合電池隔膜材料，具有孔徑小、強(qiáng)力高、耐溫性好等優(yōu)點。本發(fā)明所述的電池隔膜材料除了可以用做鋰離子電池隔膜外，還可以用做鎳氫電池隔膜和過濾材料等。
文檔編號B32B38/16GK102969472SQ20121048569
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者王洪, 靳向煜, 吳海波, 張艷 申請人:東華大學(xué)