一種電池復合隔膜的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種電池復合隔膜的制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。本發明專利技術將有機材料聚丙烯薄膜和無機陶瓷材料結合，制備出復合隔膜，有機材料賦予復合隔膜足夠的柔韌性，在高溫條件下，有機組分熔融而堵塞隔膜孔道，賦予復合隔膜閉孔功能，防止電池短路；無機陶瓷材料分布在復合隔膜的三維結構中，形成特定的剛性骨架，憑借極高的熱穩定性可有效防止隔膜在熱失控條件下發生收縮、熔融，提高電池的安全性；本發明專利技術通過熱輥壓工藝制備了具有三明治結構的復合陶瓷隔膜，陶瓷粒子層被限制在雙層聚丙烯薄膜之間，有效避免了陶瓷粒子的脫落，同時改善了隔膜的熱穩定性和機械強度，陶瓷層提高了聚丙烯薄膜的耐熱性和電解液親和性。

A Method for Preparing Composite Battery Diaphragm

The invention discloses a preparation method of a battery composite separator, which belongs to the technical field of lithium ion batteries. The invention combines organic material polypropylene film with inorganic ceramic material to prepare composite diaphragm. Organic material gives composite diaphragm enough flexibility. Under high temperature conditions, organic component melts and blockages the diaphragm channel, gives composite diaphragm closure function and prevents short circuit of batteries; inorganic ceramic material distributes in the three-dimensional structure of composite diaphragm, forming a specific rigid skeleton. The composite ceramic diaphragm with sandwich structure is prepared by hot roll pressing process, and the ceramic particle layer is confined between the double-layer polypropylene film, which effectively avoids the falling off of ceramic particles, and improves the thermal stability and mechanical properties of the diaphragm. Strength and ceramic layer improve the heat resistance and electrolyte affinity of polypropylene film.

【技術實現步驟摘要】
一種電池復合隔膜的制備方法
本專利技術涉及一種電池復合隔膜的制備方法，屬于鋰離子電池

技術介紹
伴隨著IT電子產業、新能源汽車、儲能產業的快速發展，二次電源正呈蓬勃的發展趨勢。電池隔膜作為二次電源的關鍵材料之一，其作用愈發重要，因此電池隔膜材料的制造也引起人們越來越重視。目前二次電池隔膜材料制備方法主要包括相轉化法、溶出法、拉伸法、纖維干法梳理、纖維濕法造紙成型等，其中相轉化法、溶出法、拉伸法主要用來制備鋰離子電池隔膜，這類電池隔膜呈二維結構，耐溫性差與熱收縮大、安全性差、孔隙率低、電解液浸透性差等缺陷，在確保鋰離子電池安全性和使用壽命方面存在著自身的缺陷。干法梳理成型主要用來制備堿性二次電池隔膜，這類電池隔膜存在纖維分散差、分布不均勻，無法滿足動力型、高容量、高倍率堿性電池的使用要求，易造成電池一致性差、短路率高等問題。采用濕法造紙技術生產多孔電池隔膜材料，這類方法生產的隔膜材料非常好的滿足堿性電池、鋰離子電池、超級電容器、高溫絕緣電子元件及高溫過濾的應用要求，但是由于材料選擇等問題，雖然目前有采用濕法造紙技術生產多孔電池隔膜材料，多是采用單網單層成型，然后多層復合，或采用雙網雙層成型，這樣會造成設備投資、綜合生產成本偏高等諸多問題。電池隔膜是電池中重要的一個組成部分，其作用是使電池的正、負極分隔開來，防止兩極接觸而短路，同時能使電解質離子順利通過。電池隔膜要求具有以下性能：1、化學穩定性好，耐有機溶劑；2、對電解液具有良好的浸潤性；3、機械強度大，抗刺穿性高；4、為了減少電阻，電極面積必須盡可能大，因此隔膜必須很薄；5、當電池體系發生異常時，溫度升高，熱塑性隔膜發生熔融，微孔關閉，變為絕緣體，防止電解質通過，從而達到遮斷電流的目的。此外，隨著充放電次數的增加，電極活性材料的結構發生變化，活性微晶顆粒的電接觸變差，最終導致脫落，因此要求隔膜具有阻隔脫落的微晶顆粒特點。目前，鋰離子電池隔膜一般采用高強度、薄膜化的聚烯烴系多孔膜，常用的隔膜有聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）微孔隔膜，以及丙烯與乙烯的共聚物、聚乙烯均聚物等，由于常規的制備方法比較繁瑣、對電解液吸收性差等缺點，因而限制了鋰離子電池的使用壽命。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題：針對現有電池隔膜耐高溫性和電解液親和性差等問題，提供了一種電池復合隔膜的制備方法。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是：（1）取高純鋁片分別用丙酮和去離子水超聲15～20min后，得干凈鋁片，電解拋光處理后，并用去離子水洗滌1～3次，得拋光鋁片，將拋光鋁片進行第一次陽極氧化，得一次氧化鋁膜，將一次氧化鋁膜腐蝕處理后，進行二次陽極氧化，二次陽極氧化條件同于一次陽極氧化條件，水洗風干后，即得多孔薄膜；（2）取廢棄陶瓷洗凈、晾干、粉碎并過80～100目篩，得陶瓷粉末，將陶瓷粉末均勻涂覆在兩層多孔薄膜之間，壓制成型，得混合膜，將復合膜置于馬弗爐中高溫燒結處理，隨爐冷卻，即得復合膜，將復合膜放置兩層聚丙烯薄膜之間，進行熱輥壓處理，冷卻至室溫即得電池復合隔膜。步驟（1）所述的高純鋁片的厚度為0.05～0.1mm。步驟（1）所述的電解拋光處理為在電壓16～18V、溫度10～15℃下電解拋光5～7min。步驟（1）所述的陽極氧化工藝條件為置入0.3mol/L的硫酸溶液中，在電壓為25V、溫度為6～10℃，陽極氧化處理2～3h。步驟（1）所述的腐蝕處理為在體積比為1∶1質量分數為6%H3PO4和質量分數為1.8%H2CrO4的混合溶液中腐蝕3～4h。步驟（2）所述的壓制成型為在20～25MPa下壓制2～3h。步驟（2）所述的高溫燒結處理為在1000～1100℃下高溫燒結6～8h。步驟（2）所述的熱輥壓處理為在溫度為120～150℃，線速度為1.2～1.5m/s下進行熱輥壓處理。本專利技術與其他方法相比，有益技術效果是：（1）本專利技術將有機材料聚丙烯薄膜和無機陶瓷材料結合，制備出復合隔膜，有機材料賦予復合隔膜足夠的柔韌性，在高溫條件下，有機組分熔融而堵塞隔膜孔道，賦予復合隔膜閉孔功能，在一定程度上防止電池短路；無機陶瓷材料分布在復合隔膜的三維結構中，形成特定的剛性骨架，憑借極高的熱穩定性可有效防止隔膜在熱失控條件下發生收縮、熔融；同時無機陶瓷材料熱傳導率低，進一步防止電池中的某些熱失控點擴大形成整體熱失控，提高電池的安全性；陶瓷粒子表面分布大量的—OH等親液性基團，可提高隔膜對電解液的親和性，進而改善鋰離子電池的大電流充放電性能；多數陶瓷材料為兩性氧化物，復合隔膜中的陶瓷粒子可以部分吸收電解液中由于微量水存在而生成的HF等雜質，提升電池的使用壽命；（2）本專利技術通過熱輥壓工藝制備了具有三明治結構的復合陶瓷隔膜，陶瓷粒子層被限制在雙層聚丙烯薄膜之間，有效避免了陶瓷粒子的脫落，同時改善了隔膜的熱穩定性和機械強度，陶瓷層提高了聚丙烯薄膜的耐熱性和電解液親和性。具體實施方式取厚度為0.05～0.1mm的高純鋁片分別用丙酮和去離子水超聲15～20min后，得干凈鋁片，在電壓16～18V、溫度10～15℃下電解拋光5～7min后，并用去離子水洗滌1～3次，得拋光鋁片，將拋光鋁片置入0.3mol/L的硫酸溶液中進行第一次陽極氧化，氧化工藝條件是：25V、6～10℃，2～3h，得一次氧化鋁膜，將一次氧化鋁膜在體積比為1∶1質量分數為6%H3PO4和質量分數為1.8%H2CrO4的混合溶液中腐蝕3～4h后，進行二次陽極氧化，二次陽極氧化條件同于一次陽極氧化條件，水洗風干后，即得多孔薄膜；取廢棄陶瓷洗凈、晾干、粉碎并過80～100目篩，得陶瓷粉末，將陶瓷粉末均勻涂覆在兩層多孔薄膜之間，在20～25MPa下壓制2～3h，得混合膜，將復合膜置于馬弗爐中在1000～1100℃下燒結6～8h，隨爐冷卻，即得復合膜，將復合膜放置兩層聚丙烯薄膜之間，在溫度為120～150℃，線速度為1.2～1.5m/s下進行熱輥壓處理，冷卻至室溫即得電池復合隔膜。取厚度為0.05mm的高純鋁片分別用丙酮和去離子水超聲15min后，得干凈鋁片，在電壓16V、溫度10℃下電解拋光5min后，并用去離子水洗滌1次，得拋光鋁片，將拋光鋁片置入0.3mol/L的硫酸溶液中進行第一次陽極氧化，氧化工藝條件是：25V、6℃，2h，得一次氧化鋁膜，將一次氧化鋁膜在體積比為1∶1質量分數為6%H3PO4和質量分數為1.8%H2CrO4的混合溶液中腐蝕3h后，進行二次陽極氧化，二次陽極氧化條件同于一次陽極氧化條件，水洗風干后，即得多孔薄膜；取廢棄陶瓷洗凈、晾干、粉碎并過80目篩，得陶瓷粉末，將陶瓷粉末均勻涂覆在兩層多孔薄膜之間，在20MPa下壓制2h，得混合膜，將復合膜置于馬弗爐中在1000℃下燒結6h，隨爐冷卻，即得復合膜，將復合膜放置兩層聚丙烯薄膜之間，在溫度為120℃，線速度為1.2m/s下進行熱輥壓處理，冷卻至室溫即得電池復合隔膜。取厚度為0.075mm的高純鋁片分別用丙酮和去離子水超聲17min后，得干凈鋁片，在電壓17V、溫度12℃下電解拋光6min后，并用去離子水洗滌2次，得拋光鋁片，將拋光鋁片置入0.3mol/L的硫酸溶液中進行第一次陽極氧化，氧化工藝條件是：25V、8℃，2.5h，得一次氧化鋁膜，將一次氧化鋁膜在體積比本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種電池復合隔膜的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：（1）取高純鋁片分別用丙酮和去離子水超聲15～20min后，得干凈鋁片，電解拋光處理后，并用去離子水洗滌1～3次，得拋光鋁片，將拋光鋁片進行第一次陽極氧化，得一次氧化鋁膜，將一次氧化鋁膜腐蝕處理后，進行二次陽極氧化，二次陽極氧化條件同于一次陽極氧化條件，水洗風干后，即得多孔薄膜；（2）取廢棄陶瓷洗凈、晾干、粉碎并過80～100目篩，得陶瓷粉末，將陶瓷粉末均勻涂覆在兩層多孔薄膜之間，壓制成型，得混合膜，將復合膜置于馬弗爐中高溫燒結處理，隨爐冷卻，即得復合膜，將復合膜放置兩層聚丙烯薄膜之間，進行熱輥壓處理，冷卻至室溫即得電池復合隔膜。

【技術特征摘要】
1.一種電池復合隔膜的制備方法，其特征在于具體制備步驟為：（1）取高純鋁片分別用丙酮和去離子水超聲15～20min后，得干凈鋁片，電解拋光處理后，并用去離子水洗滌1～3次，得拋光鋁片，將拋光鋁片進行第一次陽極氧化，得一次氧化鋁膜，將一次氧化鋁膜腐蝕處理后，進行二次陽極氧化，二次陽極氧化條件同于一次陽極氧化條件，水洗風干后，即得多孔薄膜；（2）取廢棄陶瓷洗凈、晾干、粉碎并過80～100目篩，得陶瓷粉末，將陶瓷粉末均勻涂覆在兩層多孔薄膜之間，壓制成型，得混合膜，將復合膜置于馬弗爐中高溫燒結處理，隨爐冷卻，即得復合膜，將復合膜放置兩層聚丙烯薄膜之間，進行熱輥壓處理，冷卻至室溫即得電池復合隔膜。2.根據權利要求1所述的一種電池復合隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述的高純鋁片的厚度為0.05～0.1mm。3.根據權利要求1所述的一種電池復合隔膜的制備方法，其特征在于：步驟（1）所述的電解拋光處理為在電壓16～18V、溫度1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：裘友玖，張鑫，
申請(專利權)人：佛山皖和新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44