[发明专利]单面聚合物涂覆隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜，尤其是涉及一种能完善锂离子电池的使用安全性和提升锂离子电池综合性能同时生产效率高的单面聚合物涂覆隔膜的制备方法及复合隔膜。

背景技术

隔膜作为锂电池四大材料之一，尽管并不参与电池中的电化学反应，但却是锂电池中的重要组件，同时隔膜材料也是制约我国锂电池发展和应用的关键技术之一。电池的容量、循环性能和充放电电流密度等电池的关键性能都与隔膜有着直接的关系。隔膜性能的改善对提高锂电池的综合性能起着重要作用。

目前，商品化的锂电池隔膜以聚烯烃(PP、PE)单层薄膜或者多层薄膜为主。聚烯烃类聚合物对电解液的吸收和保持能力较弱，对锂电池的充放电效率有一定的影响；同时，液态锂离子电池的正极、负极及隔膜之间存在有空隙，电池电解液在循环过程中的游离电解液会影响电池的一致性及安全性。为了提高聚烯烃隔膜的性能，在聚烯烃隔膜上涂覆一层吸液和保液能力强的聚合物涂层来取代单纯的聚烯烃锂电池隔膜，这样能大大减少锂离子电池中游离态的电解液，同时聚合物层和极片能很好地贴合，极片和隔膜之间的间隙也减小了，电池的稳定性和安全性得到了改善。但是，在工业化生产中，多采用浸涂的方法得到双面都有涂布有聚合物涂的锂电池隔膜，这种方法涂布速率慢，生产效率低下，聚合物层和正极贴合的很好，但是和负极基本没有贴合性，这是因为正极采用油性胶黏剂，而负极采用水性胶黏剂。

发明内容

为克服上述缺点，提供一种能完善锂离子电池的使用安全性和提升锂离子电池综合性能同时生产效率高的单面聚合物涂覆隔膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的，一种单面聚合物涂覆隔膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)、利用干法多层拉伸膜分层获得双层隔膜，或者用单层多孔隔膜在电晕或高温条件下复合，获得双层隔膜；

(2)、制备聚合物浆料，将聚合物浆料浸涂在双层隔膜的两外表面，干燥后在双层隔膜的两外表面形成具有三维孔结构的聚合物涂层；

(3)、对上述涂布后的双层隔膜进行分层，得到单面聚合物涂覆隔膜。

作为一种优选方式，所述步骤(2)中聚合物浆料包括凝胶聚合物、成孔剂和有机溶剂。

优选的，所述凝胶聚合物为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚酰亚胺、聚丙烯晴、芳纶树脂中的一种或者多种。优选聚偏氟乙烯或者聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。

优选的，所述凝胶聚合物分子量在5,000～1,000,000之间。分子量过低，涂布过程中难以形成聚合物涂层，分子量过高，聚合物的溶解性太低，且浆料的粘度太高，不利于实际生产。

优选的，所述聚合物浆料中，凝胶聚合物的质量分数(wt％)为0.2％～20％。成孔剂的质量分数(wt％)为1％～20％，作为优选3％～8％。作为优选1％～10％。如果凝胶聚合物的含量过低，浸涂过程中难以形成聚合物涂层，含量过高的话，浆料的粘度很大，聚合物易沉降，成孔性不好控制。

优选的，所述成孔剂为醇类(如乙醇、丙醇或丁醇)和水。

优选的，所述有机溶剂为丙酮、二甲基甲酰胺、三氯甲烷、环己烷、N-甲基-2-吡咯烷酮中的任一种或多种的混合物。

作为一种优选方式，所述聚合物涂层单面的厚度为0.1～10μm，进一步优选1～4μm。聚合物涂层太薄，在电池中吸收和保持电解液的能力很弱，并且和极片的贴合欠佳。如果涂层太厚的话，复合隔膜传到锂离子会受到影响。

作为一种优选方式，所述浸涂的速度为2～5m/min。受涂布机烘道长度和烘烤温度的限制，走料速度不宜过快，否则干燥不完全，容易引起脱层等缺陷。所述干燥过程中的烘道干燥温度为60～130℃。如果干燥温度过低，溶剂或者成孔剂去除不彻底，容易引起脱层或其他质量问题。如果温度高于130℃，聚烯烃基膜会在高温下受损，物理性能下降。如果是聚乙烯基膜的话，温度最好低于110℃。所述三维开孔的平均直径为0.1～10μm。

本发明还公开了一种根据上述制备方法所制备的单面聚合物涂覆隔膜，所述的涂布基膜为聚乙烯双层多孔薄膜、聚丙烯双层多孔薄膜或聚丙烯/聚乙烯双层复合多孔薄膜，基膜厚度范围在8～100μm，孔隙率范围为30％～80％，平均孔径在0.01～10μm。