[发明专利]一种纳米涂层隔膜材料及其成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合电池隔膜材料，特别是二次锂离子电池用隔膜材料及其成型方法，属于锂离子电池制造技术领域。

背景技术

锂离子电池隔膜是一种具有纳米级微孔的高分子功能材料。隔膜的主要作用是隔开电池正极和负极，同时传输电解液，具有电子绝缘性和离子导电性。隔膜的性能决定了电池的界面结构、电解质的保持性和电池内阻等，进而影响电池的容量、循环性能、充放电电流密度等特性。

随着环保和能源问题的日益突出，国内外对可充电锂离子二次电池及动力电池的研究也越来越受到重视。与铅酸、镍氢电池相比，锂离子电池具有高能量比、长循环寿命、无记忆效应等优势。因此，优质隔膜的研发显得格外重要，其中对隔膜的孔隙率，孔径分布以及耐温性提出了更高的要求。

锂离子电池隔膜可以分为微孔膜、无机纤维非织造膜(玻纤和陶瓷纤维)和复合膜等。现有聚乙烯和聚丙烯隔膜存在耐热性能差，高温热收缩明显，超过1500℃后会发生熔化问题；力学性能较差，不能保证完全隔绝正负极；内在的憎水性，使得电解液润湿性差，离子通过性差。聚烯烃电池隔膜的孔径一般在10-100纳米之间，孔隙率一般在35-50％之间。当放电速率很高时，只有一部分电池能量形成外部动力，其它能量被困在电池内，或发热损耗，无法满足汽车加速和爬坡等的行使需求。

发明内容

本发明所要解决的是：现有电池隔膜耐热性能差、孔径小、空隙率低、离子通过性差的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种纳米涂层隔膜材料，其特征在于，该隔膜材料为内部填充无机纳米颗粒、表面涂层的熔喷非织造复合材料，其面密度为30-60g/m²，厚度为30-70μm，平均孔径为0.4-1μm，孔隙率为50％-70％。

优选的，所述熔喷非织造材料的面密度为15-35g/m²，孔隙率为70-90％，纤维平均直径为1.5-4μm。

本发明大大降低了熔喷非织造材料的孔径尺寸，并具有优良的耐热性，其内部填充的无机纳米颗粒在使用过程中也不容易脱落。

本发明还提供了上述纳米涂层隔膜材料的成型方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：采用刮涂机将无机纳米颗粒浆液料刮涂到熔喷非织造材料上，无机纳米颗粒浆液的固含量为10-30％，刮涂间隙为0.2-0.6mm，上胶量为10-20g/m²，速度为1-30m/min；

第二步：将第一步刮涂后的熔喷非织造材料送入温度为90-100℃的烘燥机中烘1-2min；

第三步：将第二步得到的烘干后的熔喷非织造材料送入温度为40-160℃、轧辊间隙为25-60μm、速度为1-30m/min的热轧机中热轧；

第四步：将第三步得到的热轧后的熔喷非织造材料送入双面涂层机中涂层，涂层湿厚度为50-100μm，涂层剂为固含量为10-15％的PVDF类或丙烯酸类水溶性粘合剂；

第五步：将第四步得到的涂层后的熔喷非织造材料送入烘燥机中烘干，烘干温度为80-100℃，烘1-2min；

第六步：将第五步得到的烘干后的熔喷非织造材料送入温度为95-160℃的烘燥机中焙烘1.5-3min，即得到纳米涂层隔膜材料，其面密度为30-60g/m²，厚度为30-70μm，平均孔径为0.4-1μm，孔隙率为50％-70％。

优选的，所述第一步中熔喷非织造材料的面密度为15-35g/m²，孔隙率为70-90％，纤维平均直径为1.5-4μm。

优选的，所述第一步中的熔喷非织造材料为聚丙烯、聚酯或聚酰胺。

优选的，所述第一步中的无机纳米颗粒浆料为固含量为10-30％，颗粒粒径为25-60nm的水溶性ZrO₂、MgO、SiO₂、TiO₂或Al₂O₃无机纳米颗粒浆料。

优选的，所述第四步中的涂层剂为PVDF类、丙烯酸类水溶性粘合剂中的任意一种。

本发明提供了一种纳米颗粒填充，表面涂层的复合电池隔膜材料，具有孔径小、强力高、耐温性好等优点。本发明所述的电池隔膜材料除了可以用做锂离子电池隔膜外，还可以用做镍氢电池隔膜和过滤材料等。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。