專利名稱：一種凝膠態聚合物鋰離子動力電池用隔離膜的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，主要應用于凝膠態聚合物鋰離子動カ電池，該電池可廣泛用于電動汽車、電動摩托車、電動自行車、大中型儲能電源、光伏電站等領域。
背景技術：
在石油資源日漸短缺、環境污染日益嚴重的今天，能源、資源、環境與人類社會的和諧發展日益成為關注的焦點，尋求開發傳統石化能源的替代能源、實現無害資源產業發展、謀求人與環境的和諧，實現汽車等主流交通工具能源供給清潔化顯得尤為迫切。目前國內對純電動交通工具的要求隨石油及環境危機的加劇而不斷提高，國家也將電動汽車列入863重大專項計劃。目前電動車動カ電池主要有四種鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘 電池和鋰離子動カ電池。過去幾十年鉛酸電池依靠其低成本和成熟的エ藝以及良好的安全性能占據了動力電池領域的大部分市場。但是鉛酸電池也有其致命的弱點能量密度低、循環性能差。鉛酸電池的質量比容量僅在30Wh/Kg-50Wh/Kg，體積比能量僅在70 ffh/1-100 Wh/1,循環壽命僅在300次左右。并且鉛酸電池對環境有污染，所以近幾年來政府出臺一系列政策，提高了鉛酸電池的入行門檻。在歐洲一些發達國家，鉛酸電池已經逐步被禁止使用。鎳鎘電池、鎳氫電池由于記憶效應和鎘污染、電壓低、能量密度低，其產量也在逐漸減少。而鋰離子電池具有無污染、無記憶效應、比能量高、質輕、長循環壽命(其中磷酸鐵鋰電池循環壽命為2000次以上)等優點，近年來動カ鋰離子電池得到了快速發展。隨著鋰離子動カ電池的廣泛使用，人們對它的安全性提出了更高的要求。目前市場化鋰離子電池多為液態鋰離子電池，已經廣泛應用于手機、筆記本電腦等數碼產品領域。如果將其容量和體積做大，應用于動カ領域，安全問題將是制約其發展的瓶頸。聚合物電池的出現，因其有較高的安全性能，已得到廣泛的關注和研究。聚合物鋰離子電池由于采用具有離子導電性兼具有隔離膜作用的凝膠聚合物電解質代替液態電解質，沒有游離的液態電解質存在，大大提高了電池的安全性能。美國Bellcore公司首先批量生產聚合物鋰離子電池,其聚合物電解質材料以聚偏氟こ烯為主，但因其エ藝復雜，成本高，且其采用的造孔劑鄰苯ニ甲酸ニ丁酷，需要丙酮多次萃取，對環境要求較高。大批量生產大容量聚合物鋰離子動カ電池有其局限性。因此為了降低生產成本，簡化生產エ藝，人們近年來研發生產凝膠聚合物電解質隔離膜來代替目前液態鋰離子電池普遍使用聚丙烯、聚こ烯材質的微孔膜。大量研究文獻表明，凝膠聚合物電解質隔離膜就其基體材質主要有聚氧こ烯(PEO)類、聚丙烯腈(PAN)類、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)類、聚偏氟こ烯(PVDF)類等。國內一些專利已對它們進行了大量說明。中國專利號為01133737. O的專利公開了ー種聚丙烯腈類納米孔聚合物電解質膜的制備方法。中國專利公開號為CN1741313A、CN101153084專利公開了以PVDF-HFP為基質的聚合物電解質膜的制備方法。總之，對凝膠聚合物電解質膜研究和制備技術已逐步成熟，但エ業化大批量規模生產尚未見報道。因為凝膠聚合物電解質膜對膜厚度、機械強度和孔隙率的均勻性要求較高,エ業化批量生產還需一段時間去摸索。

發明內容
本發明的目的在于提供一種凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，電池制造采用液態鋰離子電池エ藝，通過使用本發明提供的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，通過注液化成制備低成本、高安全的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池，提高電池的耐短路、耐針刺、抗沖擊、抗擠壓能力等安全性能。本發明的上述技術目的是通過以下技術方案解決的
一種凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，它是以聚丙烯、聚こ烯材質的隔離膜為基體，在其表面涂敷ー層聚合物膠體材料和無機填料的涂層而制成。聚合物膠體材料是由聚偏氟こ烯、偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯組成的混合物。無機填料是由納米級無機粉體材料三氧化ニ鋁、ニ氧化硅或其混合物組成。
作為優選，隔離膜表面涂層厚度為1-5 μ m,最佳優選厚度為2-3 μ m。作為優選，經過涂敷聚合物膠體材料、無機填料處理的隔離膜孔隙率在30%_50%之間。作為優選,無機填料粒度是50nm-200nm。無機填料的重量占涂層聚合物膠體材料重量的30%-100%。作為優選，聚合物膠體材料中的聚偏氟こ烯、偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物占總體聚合物膠體材料重量的40%-70%。作為優選，聚合物膠體材料中的聚丙烯腈占總體聚合物膠體材料重量的5%-20%。
作為優選，聚合物膠體材料中的聚甲基丙烯酸甲酯占總體聚合物膠體材料重量的10%-40%。作為優選，聚合物膠體材料所用溶劑選自下列溶劑的至少ー種丙酮、丁酮、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、こ酸こ酷、こ醇、碳酸ニこ酷、丁醇。作為優選，聚丙烯、聚こ烯材質的隔離膜選用聚丙烯微孔薄膜、聚丙烯/聚こ烯/聚丙烯三層復合微孔隔離膜。如上所述，將聚合物膠體材料溶解在所選用的溶劑中，加入納米級無機粉體材料攪拌均勻成粘稠狀漿體，經專用涂敷設備，將粘稠狀漿體涂敷在所選用的聚丙烯、聚こ烯材質的隔離膜上，控制涂敷層的厚度，隔離膜經涂敷設備烘干后，再經過真空烘烤，便制備出凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，隔離膜上聚合物膠體材料，在電解液溶脹下成凝膠狀，可制造出一種低成本，エ藝簡單的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池。本發明的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜以聚偏氟こ烯、偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物電解質膠體為基質，加入聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酷、無機納米級粉體材料提高膠體的吸液能力、離子導電能力，采用聚丙烯、聚こ烯材質的隔離膜為聚合物膠體的基體，解決了聚合物電解質膠體薄膜機械強度難控制的問題。本發明調整聚偏氟こ烯、偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物的含量提高隔離膜表面聚合物膠體粘結性能和聚合物非結晶物質含量，加入聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酷、無機納米級粉體材料提高膠體的吸液能力、離子導電能力。本發明的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，可以制造出一種低成本、エ藝簡單、操作性高的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池，提高了電池的耐短路、耐針刺、抗沖擊、抗擠壓能力，進而改善和提高了鋰離子動カ電池的安全性能。
具體實施例方式下面通過具體實施例，對本發明的技術方案作進ー步具體的說明。實施例I
將3000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到50000g丙酮、2000gこ酸こ酷、IOOOgこ醇溶劑中，溶解溫度40_80°C，再加入2500g三氧化ニ鋁、2500g ニ氧化硅進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體。用專用涂敷設備，將制備的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設備烘箱內進行烘干，烘干后的隔離膜在經過80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到本發 明的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，根據鋰離子動カ電池生產廠家需求，隔離膜經分切，可做成不同寬度隔離膜。實施例2
將3000g聚偏氟こ烯、3000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、4500g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到15000g丙酮、15000g四氫呋喃、2000gこ酸こ酷、IOOOgこ醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入5000g三氧化ニ鋁進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用專用涂敷設備，將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設備烘箱內進行烘干，烘干后的隔離膜在經過80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到本發明的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，根據鋰離子動カ電池生產廠家需求，隔離膜經分切，可做成不同寬度隔離膜。實施例3
將4000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到50000g N-甲基吡咯烷酮、2000gこ酸こ酷、IOOOgこ醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入6000g三氧化ニ鋁進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用專用涂敷設備，將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設備烘箱內進行烘干，烘干后的隔離膜在經過80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到本發明的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，根據鋰離子動カ電池生產廠家需求，隔離膜經分切，可做成不同寬度隔離膜。實施例4
將4000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到25000g 丁酮、25000g四氫呋喃、IOOOg碳酸ニこ酷、IOOOgこ酸こ酷、IOOOg 丁醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入3500g三氧化ニ鋁、2500g ニ氧化硅進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用專用涂敷設備，將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設備烘箱內進行烘干，烘干后的隔離膜在經過80°C真空烘烤，除去殘留的溶劑，便得到本發明的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，根據鋰離子動カ電池生產廠家需求，隔離膜經分切，可做成不同寬度隔離膜。實施例5
將5000g聚偏氟こ烯、4000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到25000g 丁酮、25000g四氫呋喃、IOOOg碳酸ニこ酷、IOOOgこ酸こ酷、IOOOg 丁醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入6500g ニ氧化硅進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用專用涂敷設備，將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設備烘箱內進行烘干，烘干后的隔離膜在經過80°C真空烘烤，除去殘留的溶剤，便得到本發明的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，根據鋰離子動カ電池生產廠家需求，隔離膜經分切，可做成不同寬度隔離膜。實施例6
將3000g聚偏氟こ烯、6000g偏氟こ烯-六氟丙烯共聚物、800g聚丙烯腈、5000g聚甲基丙烯酸甲酯溶解到50000g N-甲基吡咯烷酮、IOOOg碳酸ニこ酷、IOOOgこ酸こ酷、IOOOg丁醇溶劑中，溶解溫度40-80°C，再加入7500g三氧化ニ鋁進行攪拌分散，制得粘稠狀漿體，用專用涂敷設備，將制的粘稠狀漿體涂敷在聚丙烯、聚こ烯材質的隔離膜上，涂敷漿體的隔離膜在涂敷設備烘箱內進行烘干，烘干后的隔離膜在經過80°C真空烘烤，除去殘留的溶剤，便得到本發明的凝膠態聚合物鋰離子動カ電池用隔離膜，根據鋰離子動カ電池生產廠家需求，隔離膜經分切，可做成不同寬度隔離膜。 對于所公開的實施例的上述說明，僅為本發明較佳的實施例而已，并非用來限定本發明的實施范圍。即凡是依照本發明申請專利范圍內的內容作的等效變化與修飾，都應為本發明的技術范疇。
權利要求
1.一種凝膠態聚合物鋰離子動力電池用隔離膜，它是以聚丙烯、聚乙烯材質的隔離膜為基體，其特征是在基體表面涂敷由聚合物膠體材料和無機填料組成的涂層；所述的聚合物膠體材料是由聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯組成的混合物；所述的無機填料是由納米級無機粉體材料三氧化二鋁、二氧化硅或其混合物組成。
2.根據權利要求I所述的凝膠態聚合物鋰離子動力電池用隔離膜，其特征是所述的聚丙烯、聚乙烯材質的隔離膜基體選用聚丙烯微孔薄膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復合微孔隔離膜；所述的無機填料粒度是50nm-200nm ;所述隔離膜涂層厚度為1_5 μ m ;經過涂敷聚合物膠體材料和無機填料處理的隔離膜孔隙率在30%-50%之間。
3.根據權利要求2所述的凝膠態聚合物鋰離子動力電池用隔離膜，其特征是所述隔離膜涂層厚度優選為2-3 μ m。
4.根據權利要求書I或2、3所述的凝膠態聚合物鋰離子動力電池用隔離膜，其特征是無機填料的重量占涂層聚合物膠體材料重量的30%-100%。
5.根據權利要求4所述的凝膠態聚合物鋰離子動力電池用隔離膜，其特征是聚合物膠體材料中的聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物占總體聚合物膠體材料重量的40%-70% ;聚丙烯腈占總體聚合物膠體材料重量的5%-20% ;聚甲基丙烯酸甲酯占總體聚合物膠體材料重量的10%-40%。
6.根據權利要求4所述的凝膠態聚合物鋰離子動力電池用隔離膜，其特征是聚合物膠體材料所用溶劑選自下列溶劑的一種或幾種丁酮、丙酮、四氫呋喃、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乙醇、碳酸二乙酯、丁醇。
全文摘要
本發明涉及一種凝膠態聚合物鋰離子動力電池用隔離膜，它是以聚丙烯、聚乙烯材質的隔離膜為基體，在其表面涂敷一層聚合物膠體材料、無機填料而制成。聚合物膠體材料、無機填料涂層厚度為1-5μm，這種經過涂層處理的隔離膜孔隙率在30%-50%之間。聚合物膠體材料由聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯組成的混合物。無機填料是由納米級無機粉體材料三氧化二鋁、二氧化硅或其混合物組成，粒度是50nm-200nm。由本發明隔離膜做成鋰離子動力電池，安全性好，提高電池的耐短路、耐針刺、抗沖擊、抗擠壓能力，可廣泛用于電動汽車、電動摩托車、電動自行車、大中型儲能電源、光伏電站等領域。
文檔編號H01M2/16GK102867931SQ201210382760
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月11日 優先權日2012年10月11日
發明者徐建貞, 朱玉法, 柳艾美, 孟慶帥 申請人:山東天陽新能源有限公司