專利名稱：一種鋰電池用隔膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于軟包裝結(jié)構(gòu)鋰電池中的隔膜制備方法，尤其是 指涂布在隔膜表面上的溶液的制備方法以及配制好的溶液的涂布方法和 專用涂布裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著便攜式產(chǎn)品地不斷地小型化、多功能化，對(duì)電池的要求 越來越高，電池的尺寸極大的影響著便攜式產(chǎn)品的大小，電池的容量同時(shí) 也極大的影響著便攜式產(chǎn)品的使用時(shí)間。同時(shí)，近來不斷發(fā)生的鋰離子電 池安全事故也使人們對(duì)電池的安全性能提出了更高的要求。
在生產(chǎn)實(shí)踐中，鋰電池常用隔膜為聚乙烯薄嘴PE》聚丙烯薄嘴PP ) 和聚乙烯和聚丙烯的三層復(fù)合薄膜(PP/PE/PP )，由于材質(zhì)本身的原因， 此種類型的聚烯烴隔膜與電極間的界面效應(yīng)過大，與電解液的潤濕性能 差，而且常用巻繞結(jié)構(gòu)電池由于巻繞時(shí)應(yīng)力不均勻，電極和隔膜之間很難 保證緊密和均勻的接觸，因此電池性能會(huì)在一定程度上受到影響，大型號(hào) 的電池由于電極和隔膜接觸面積較大，對(duì)性能的影響更加明顯。
現(xiàn)有的隔膜制備技術(shù)多為將隔膜浸泡于已配置好的聚合物溶液中，然 后取出烘干。這種技術(shù)在實(shí)際操作過程中存在很多問題 浸泡過程很 難控制聚合物附著在隔膜上的厚度；②浸泡過程很難控制聚合物附著在 隔膜上的均勻性；③浸泡工藝導(dǎo)致聚合物附著面積過大，使隔膜孔隙率 急劇下降，影響電池性能。在專利CN200480015062.4當(dāng)中提到了新的隔 膜制備方法，其解決了傳統(tǒng)隔膜制備方法中聚合物在隔膜上附著面積過大 的問題，其凹版印刷的方法雖然可保證每個(gè)小格內(nèi)漿料的量比較均勻，但 很難保證凹版中的漿料全部涂布在隔膜上，這樣就難以保證涂布的均勻 性，同時(shí)由于其漿料是部分涂布在隔膜上，在干燥的過程中涂有漿料部分 由于溶劑揮發(fā)會(huì)造成漿料涂布部分變形，導(dǎo)致隔膜起鈹，很難使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需解決的問題是提供一種可解決上述問題的可靠的隔膜制備 方法，包括涂布在隔膜表面上的溶液的制備方法及配制好的溶液的涂布方 法和專用涂布裝置。
根據(jù)上述需解決的問題設(shè)計(jì)了一種鋰電池用隔膜的制備方法，采用常
規(guī)質(zhì)地的隔膜本體并在隔膜本體的正反雙面表面涂布通用的聚合物溶液。
涂布方法為均勻地在隔膜本體雙面表面總面積的30~70%上涂布通用的 聚合物溶液，涂布區(qū)域和空白區(qū)域間依次輪流排布，涂布區(qū)等寬，空白區(qū) 等寬。所述的涂布利用涂布輥完成，涂布速度為1 ~3米/分鐘，單面涂布 厚度1 ~3微米；涂布后隔膜即進(jìn)入烘道，烘道內(nèi)的溫度從前到后依次升 高形成溫度梯度，溫度梯度范圍在5~20攝氏度，烘道溫度設(shè)定范圍在 50~80攝氏度。所述的涂布輥為特制輥，輥本體為圓柱體，在該圓柱體的 表面周向上設(shè)有實(shí)現(xiàn)凸版涂布的方形圓環(huán)，該方形圓環(huán)為閉環(huán)且與所述圓 柱體連成一體并延輥本體軸向相間均勻分布。
對(duì)前述鋰電池用隔膜的制備方法的改進(jìn)表現(xiàn)在采用專用的表面涂布 聚合物溶液。實(shí)施時(shí)，均勻地在隔膜本體正反雙面表面總面積的30~70% 上涂布聚合物溶液且涂布區(qū)域和空白區(qū)域間依次輪流排布，涂布區(qū)等寬， 空白區(qū)等寬；所述的聚合物溶液由溶劑和聚合物組成，聚合物的濃度為 1.0~3.0% ，所述的聚合物選自偏1 ， 1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物 PVDF-HFP、偏1 ， 1-二氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物PVDF-CTFE、聚乙二 醇二丙烯酸酯中的一種或幾種；所述的溶劑由溶解聚合物的常規(guī)有機(jī)溶劑 和常規(guī)相分離劑組成。其中，溶解聚合物的常規(guī)有機(jī)溶劑是指碳酸丙烯酯、 碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、丙酮、乙酸乙酯當(dāng)中的一種或幾 種，常規(guī)相分離劑是指異丙醇、正辛烷、正庚烷、正壬烷當(dāng)中的一種或幾 種。
涂布是由設(shè)置在專用裝置中的涂布輥完成，涂布速度為1 ~3米/分鐘， 單面涂布厚度1 ~3微米；涂布后隔膜即進(jìn)入烘道，烘道內(nèi)的溫度從前到 后依次升高形成溫度梯度，溫度梯度范圍在5~20攝氏度，烘道溫度設(shè)定 范圍在50~80攝氏度。所使用的涂布輥的輥本體為圓柱體，在該圓柱體 的表面周向上設(shè)有實(shí)現(xiàn)凸版涂布的方形圓環(huán)，該方形圓環(huán)為閉環(huán)且與所述 圓柱體連成一體并延輥本體軸向相間均勻分布。
具體操作時(shí)的涂布步驟為
一 ，將權(quán)利要求6中所述常規(guī)相分離劑按照1 ~20。/。的體積含量與權(quán) 利要求6中所述的溶解聚合物的常規(guī)有機(jī)溶劑混合配制有機(jī)溶劑空白液， 稱為處理漿料B;
二 ，將權(quán)利要求4所述的聚合物按照1.0~3.0%的質(zhì)量含量溶解于權(quán) 利要求6中所述的溶解聚合物的常規(guī)有機(jī)溶劑中，配制成均勻的聚合物溶 液，再向該聚合物溶液中加入權(quán)利要求6中所述的常規(guī)相分離劑并混合均勻，相分離劑按照1 ~20%的體積含量加入上述聚合物溶液中，稱之為處 理漿料A ;
三，使待涂布隔膜以1 ~3米/分鐘的速度勻速通過處理漿料B ，使待 涂布隔膜完全潤濕；
四，使已潤濕的隔膜按1 ~3米/分鐘的涂布速度通過浸滿處理漿料A 的涂布輥完成涂布；
五，涂布輥設(shè)置于烘道前且于涂布后即完成烘干，分切巻扎后待用。 所述隔膜單面的涂布厚度為1 ~ 3微米。
采用本發(fā)明方法處理的隔膜表面處理均勻，且可保證一定的孔隙率， 防止隔膜局部起皺。有效的避免了傳統(tǒng)處理方法所面臨的問題，在保證電 池性能的同時(shí)提供了一種切實(shí)可靠的處理方法。


附圖1是本發(fā)明所用涂布輥的主視全剖示意圖；附圖2是采用本發(fā)明 實(shí)施例1的方法所制作的鋰離子二次電池1.0C充放電循環(huán)測試結(jié)果示意 圖；附圖3是采用本發(fā)明實(shí)施例2的方法所制作的鋰一次電池放電結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的主旨是通過改變隔膜表面涂布層的分布形式和涂布層的成 份，以間接的方式促進(jìn)和提高鋰電池電解液的活性，由此改善電池的整體 性能。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳述，實(shí)施例中所提及的 內(nèi)容并非對(duì)本發(fā)明的限定，其中溶液中各個(gè)原材料的選擇可因地制宜而對(duì) 結(jié)果并無實(shí)質(zhì)性影響。另外，本發(fā)明方法同時(shí)適用于一次和二次鋰電池， 故為節(jié)約篇幅，僅以一次和二次鋰電池各一項(xiàng)的實(shí)施例加以說明。
首先，簡述本發(fā)明方法的基本方案。采用常規(guī)質(zhì)地的隔膜本體并在隔 膜本體的表面涂布聚合物溶液。涂布方法為均勻地在隔膜本體正反雙面 表面總面積的30~70%上涂布聚合物溶液，涂布區(qū)域和空白區(qū)域間依次輪 流排布，涂布區(qū)等寬，空白區(qū)等寬。所述的涂布利用涂布輥完成，該涂布 輥為特制輥，輥本體為圓柱體，在該圓柱體的表面周向上設(shè)有實(shí)現(xiàn)凸版涂 布的方形圓環(huán)，該方形圓環(huán)為閉環(huán)且與所述圓柱體連成一體并延輥本體軸 向相間均勻分布，其凸起的方形圓環(huán)寬度范圍為0.5~50毫米，凸起部分 間隔范圍為0.5~50毫米。涂布時(shí)隔膜的行走速度為1 ~3米/分鐘，單面 涂布厚度1~3微米；涂布后隔膜即進(jìn)入烘道，烘道內(nèi)的溫度從前到后依 次升高形成溫度梯度，溫度梯度范圍在5 ~ 20攝氏度，烘道溫度設(shè)定范圍 在50~80攝氏度。實(shí)施例1。本實(shí)施例以鋰離子二次電池為例對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)加以說明。 常規(guī)的鋰離子二次電池是由正極、負(fù)極、正極端子、負(fù)極端子、電解 液、隔膜、鋁塑膜外殼等零部件所構(gòu)成。其中，
正極的制作方法將正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑以一定的 比例混合并攪拌均勻，將攪拌好的正極活性物質(zhì)經(jīng)過涂布、輥壓、裁片、 分條和正極端子焊接等工序制作成正極；
負(fù)極的制作方法將負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、分散劑和溶劑 以一定的比例混合并攪拌均勻，將攪拌好的負(fù)極活性物質(zhì)經(jīng)過涂布、輥壓、 裁片、分條和負(fù)極端子焊接等工序制作成負(fù)極；正、負(fù)極的制作方法均為 常規(guī)方法。
隔膜的材質(zhì)為常規(guī)材料，多采用聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯/ 聚丙烯復(fù)合薄膜，無紡布中的一種。對(duì)隔膜的處理為本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)所在， 既可應(yīng)用于常規(guī)涂布處理方案中，也可采用本發(fā)明涉及的專用涂布方法。 現(xiàn)僅對(duì)本發(fā)明涉及的專用涂布方法進(jìn)行說明，常規(guī)涂布復(fù)制步驟即可。
隔膜處理①采用丙酮和碳酸二甲酯按照2 : 3的比例混合均勻；② 將偏1 ， 1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物溶解在丙酮和碳酸二甲酯的混和溶液 中，配制成濃度為1.0%的溶液；③向第2步配制好的溶液中加入10%的 正辛烷，并混合均勻，如此處理漿料A配制完成； 參照步驟1配制丙 酮和碳酸二甲酯按照2 :3的比例混合的溶液，如此處理漿料B配制完成； 將聚乙烯隔膜以1米/分鐘的速度通過處理漿料B ，然后同時(shí)以1米/分 鐘的速度通過涂布輥，將處理漿料A均勻的涂布在隔膜上，涂布機(jī)烘箱溫 度從涂布輥處開始分別為50°C、 55°C、 60°C、 65。C和70°C ;⑥將已涂 布完畢的隔膜通過隔膜分切機(jī)分切為需要的規(guī)格。
隔膜處理完畢后即可進(jìn)入電池組裝階段。
電池組裝將上述正極、負(fù)極和隔膜巻繞成巻芯裝入已事先成型的鋁 塑膜外殼中，經(jīng)注液、封口、化成和分容等工序完成電池組裝。
現(xiàn)對(duì)通過前述步驟得到的容量700mAh、內(nèi)阻45mQ的二次鋰離子電 池進(jìn)行測試，測試方法和結(jié)果如下
電池循環(huán)測試 擱置5分鐘；②采用700mA(1.0C)的電流恒流充 電至4.2V ;③恒定電壓4.2V恒壓充電至電流下降至30mA為止；④采 用700mA(1.0C)的電流恒流放電至3.0V ; 對(duì)第1步到第4步重復(fù)循環(huán) 400次。取第四步恒流放電容量為本循環(huán)的容量，要求第400次循環(huán)的放 電容量為第1次循環(huán)的放電容量的80%以上。參見圖2。
實(shí)施例2。本實(shí)施例以鋰一次電池為例對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)加以說明。
常規(guī)的鋰一次電池是由正極、負(fù)極、正極端子、負(fù)極端子、電解液、 隔膜、鋁塑膜外殼等零部件所構(gòu)成。其中，
正極的制作方法將正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑以一定的 比例混合并攪拌均勻，將攪拌好的正極活性物質(zhì)經(jīng)過制膜、輥壓、裁片、 分條和正極端子焊接等工序制作成正極。
負(fù)極的制作方法將負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、分散劑和溶劑 以一定的比例混合并攪拌均勻，將攪拌好的負(fù)極活性物質(zhì)經(jīng)過制膜、輥壓、 裁片、分條和負(fù)極端子焊接等工序制作成負(fù)極。
隔膜所采用的材質(zhì)及作用如實(shí)施例1。
隔膜處理 采用丙酮和碳酸二甲酯按照2 : 3的比例混合均勻；② 將偏1 ， 1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物溶解在丙酮和碳酸二甲酯的混和溶液 中，配制成濃度為1.0%的溶液；③向第2步配制好的溶液中加入10%的 正辛烷，并混合均勻，如此處理漿料A配制完成； 參照步驟1配制丙 酮和碳酸二甲酯按照2 : 3的比例混合的溶液，如此處理漿料B配制完成； 將聚乙烯隔膜以1米/分鐘的速度通過處理漿料B ，然后同時(shí)以1米/分 鐘的速度通過涂布輥，將處理漿料A均勻的涂布在隔膜上，涂布機(jī)烘箱溫 度從涂布輥處開始分別為50°C、 55°C、 60°C、 65。C和70°C ; 將已涂 布完畢的隔膜通過隔膜分切機(jī)分切為需要的規(guī)格。
隔膜處理完畢后即可進(jìn)入電池組裝階段。
電池組裝將上述正極、負(fù)極和隔膜巻繞成巻芯裝入已事先成型的鋁 塑膜外殼中，經(jīng)注液、封口、預(yù)放電和老化等工序完成電池組裝。
現(xiàn)對(duì)本實(shí)施例中通過前述步驟得到的容量900mAh —次鋰電池進(jìn)行測 試，測試方法和結(jié)果如下
電池放電測試①擱置2分鐘；②采用30mA的電流恒流放電至 2.0V ;③擱置10分鐘；④采用5mA的電流恒流放電至2.0V ; 采用 1mA的電流恒流放電至2.0V。參見圖3。
權(quán)利要求
1、一種鋰電池用隔膜的制備方法，采用常規(guī)質(zhì)地的隔膜本體并在隔膜本體雙面的表面涂布通用的聚合物溶液，其特征是均勻地在隔膜本體雙面表面總面積的30～70％上涂布通用的聚合物溶液，涂布區(qū)域和空白區(qū)域間依次輪流排布，涂布區(qū)等寬，空白區(qū)等寬。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池用隔膜的制備方法，其特征是所 述的涂布采用涂布輥完成，涂布速度為1 ~ 3米/分鐘，單面涂布厚度1 ~ 3 微米；涂布后隔膜即進(jìn)入烘道，烘道內(nèi)的溫度從前到后依次升高形成溫度 梯度，溫度梯度范圍在5 ~ 20攝氏度，烘道溫度設(shè)定范圍在50 ~ 80攝氏度o
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池用隔膜的制備方法，其特征是所 述涂布輥的輥本體為圓柱體，在該圓柱體的表面周向上設(shè)有實(shí)現(xiàn)凸版涂布 的方形圓環(huán)，該方形圓環(huán)為閉環(huán)且與所述圓柱體連成一體并延輥本體軸向 相間均勻分布。
4、 一種鋰電池用隔膜的制備方法，采用常規(guī)質(zhì)地的隔膜本體并在隔 膜本體的表面涂布聚合物溶液，其特征是均勻地在隔膜本體雙面表面總面積的30 ~ 70%上涂布聚合物溶液且 涂布區(qū)域和空白區(qū)域間依次輪流排布，涂布區(qū)等寬，空白區(qū)等寬；所述的聚合物溶液由溶劑和聚合物組成，聚合物的濃度為1.0~3.0% ， 所述的聚合物選自偏1 ， 1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物PVDF-HFP、偏1 ， 1-二氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物PVDF-CTFE、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一 種或幾種；所述的溶劑由溶解聚合物的常規(guī)有機(jī)溶劑和常規(guī)相分離劑組成，相分 離劑在溶解聚合物的常規(guī)有機(jī)溶劑中的體積含量為1 ~20%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池用隔膜本體，其特征是所述的隔 膜本體材質(zhì)選自聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯/聚丙烯復(fù)合膜、無紡布，所述的 隔膜本體材質(zhì)厚度為5 ~ 80微米。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池用隔膜的制備方法，其特征是所 述的溶解聚合物的常規(guī)有機(jī)溶劑由碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、 碳酸甲乙酯、丙酮、乙酸乙酯當(dāng)中的一種或幾種所構(gòu)成，所述的常規(guī)相分 離劑由異丙醇、正辛烷、正庚烷、正壬烷當(dāng)中的一種或幾種所構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池用隔膜的制備方法，其特征是所 述的涂布采用涂布輥完成，涂布速度為1 ~ 3米/分鐘，單面涂布厚度1 ~ 3 微米；涂布后隔膜即進(jìn)入烘道，烘道內(nèi)的溫度從前到后依次升高形成溫度 梯度，溫度梯度范圍在5 ~ 20攝氏度，烘道溫度設(shè)定范圍在50 ~ 80攝氏度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰電池用隔膜的制備方法，其特征是所 述涂布輥的輥本體為圓柱體，在該圓柱體的表面周向上設(shè)有實(shí)現(xiàn)凸版涂布 的方形圓環(huán)，該方形圓環(huán)為閉環(huán)且與所述圓柱體連成一體并延輥本體軸向 相間均勻分布。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰電池用隔膜的制備方法，其特征是所 述的涂布步驟為一 ，將所述常規(guī)相分離劑按照1~20%的體積含量與所述的溶解聚合 物的常規(guī)有機(jī)溶劑混合配制成有機(jī)溶劑空白液，稱為處理漿料B;二 ，將所述的聚合物按照1.0~3.0%的質(zhì)量含量溶解于所述的溶解聚 合物的常規(guī)有機(jī)溶劑中，配制成均勻的聚合物溶液，再向該聚合物溶液中 加入所述的常規(guī)相分離劑并混合均勻，相分離劑按照1 ~20%的體積含量 加入上述聚合物溶液中，稱之為處理漿料A;三，使待涂布隔膜以1 ~3米/分鐘的速度勻速通過處理漿料B ，使待 涂布隔膜完全潤濕；四，使已潤濕的隔膜按1 ~3米/分鐘的涂布速度通過浸滿處理漿料A 的涂布輥完成涂布；五，涂布輥設(shè)置于烘道前且于涂布后即完成烘干，分切巻扎后待用。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰電池用隔膜的制備方法，其特征是所 述隔膜表面單面的涂布厚度為1 ~ 3微米。
全文摘要
一種鋰電池用隔膜的處理方法，采用常規(guī)質(zhì)地的隔膜本體并于其表面涂布通用或?qū)Ｓ玫木酆衔锶芤?，涂布方法為均勻地在隔膜本體正反雙面表面總面積的30～70％上涂布聚合物溶液，涂布區(qū)域和空白區(qū)域間依次輪流排布。涂布采用涂布輥完成，涂布輥的輥本體為圓柱體，在該圓柱體的表面周向上設(shè)有實(shí)現(xiàn)凸版涂布的方形圓環(huán)，該方形圓環(huán)為閉環(huán)且與所述圓柱體連成一體并延輥本體軸向相間均勻分布；涂布后隔膜即進(jìn)入烘道，烘道內(nèi)的溫度從前到后依次升高形成溫度梯度，烘干后即分切卷扎、供鋰一次或二次電池的裝配和使用。本發(fā)明方法處理的隔膜表面均勻，有一定的孔隙率，防止隔膜局部起皺，有效的避免了傳統(tǒng)處理方法所面臨的問題，在保證電池性能的同時(shí)提供了一種切實(shí)可靠的處理方法。
文檔編號(hào)C08J5/22GK101345295SQ20081002673
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者劉金成, 呂正中, 超 陳 申請(qǐng)人:惠州億緯鋰能股份有限公司