一种锂电池隔膜纸的制备方法

摘要

本发明公开了一种锂电池隔膜纸的制备方法。该方法为：先将丙纶纤维、聚丙烯腈纤维以及聚酯纤维，疏解分散制成混合纤维浆料；加入陶瓷废料颗粒作为填料，经上网抄造，压榨脱水，干燥，热压后得到锂电池隔膜纸；取适量氮化硼分散于聚乙烯醇中得到涂布液，再将涂布液涂覆于锂电池隔膜纸上，在压光机上进行压光处理，得到包含绝缘涂层的锂电池隔膜纸。本发明所述的由上述三种纤维混合制成的锂电池隔膜纸，具有优异的电解质吸收性能以及较高的热稳定性，从而大大提高锂电池的安全性能。此外，本发明以陶瓷废料作为填料，变废为宝，极大降低了原材料成本。

权利要求

1.一种锂电池隔膜纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取重量份数为40-55份的丙纶纤维放入带搅拌器的分散桶中，加水疏解20 30min，~至均匀分散于水相中，得到丙纶纤维浆料；

(2)取重量份数为25-35份的聚丙烯腈纤维放入打浆机中，加水疏解20 30min，再下轻~刀打浆40 60min，待纤维完全分散无浆点，停止打浆，得到聚丙烯腈纤维浆料；

~

(3)取重量份数为20-30份的聚酯纤维放入打浆机中，加水疏解20 30min，再下轻刀打~浆40 60min，待纤维完全分散无浆点，停止打浆，得到聚酯纤维浆料；

~

(4)将丙纶纤维浆料、聚丙烯腈纤维浆料和聚酯纤维浆料全部放入配浆池中，再加水配至质量百分比浓度为0.2%-0.5%，加1-2mL分散剂，然后加入35-53份的陶瓷废料颗粒作为填料，搅拌均匀即得混合浆料；将稀释后的混合浆料在网部脱水成型、压榨、干燥、热压成型，再经后续的卷纸、切割后得到锂电池隔膜纸；

(5)取1.0-1.2份氮化硼分散于聚乙烯醇中得到涂布液，再将涂布液涂覆于锂电池隔膜纸上，在压光机上进行压光处理，得到包含绝缘涂层的锂电池隔膜纸；

所述的丙纶纤维的纤维长度为1mm-8mm，纤度为0.2-0.6detx；所述的聚丙烯腈纤维的纤维长度为1mm-8mm，纤度为0.2-0.6detx；所述的聚酯纤维的纤维长度为2mm-6mm，纤度为

0.1-0.3detx；

所述分散剂为羧甲基纤维素或聚丙烯酰胺，质量浓度为0.1%-1%；

步骤（4）中，所述的热压成型温度270-350℃，时间3-6min；

所述锂电池隔膜纸的定量为40-50g/m2；

所述陶瓷废料颗粒的粒径为0.02-1μm。

说明书

一种锂电池隔膜纸的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及制浆造纸领域，具体涉及一种锂电池隔膜纸的制备方法。

背景技术

[0002] 电池隔膜纸作为电池中分开正极和负极的隔膜材料，主要作用是防止电池中正负电极直接接触而短路，并能够让电解液中的离子在正负极之间自由通过而电子不能自由穿过，在组成电池的各个部分之中，隔膜材料起到了举足轻重的作用，它的优劣直接影响电池的放电容量、循环使用寿命和充放电电流密度等关键特性。

[0003] 目前，市场上的锂电池隔膜主要以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为代表的聚烯烃微孔拉伸膜，但由于聚烯烃制成的拉伸膜的孔隙率、吸液量及比表面能较低，对电解液的亲和性能较差，在100℃以上显示极强的热收缩性，尺寸稳定性差，极易造成电池正负极片接触，发生短路，瞬间产生大量热量致使电池出现起火，爆炸现象，影响动力电池的安全性。因此，如何提供一种既具有优异的电解质吸收性能又具有较高的热稳定性的锂电池隔膜，成为本领域亟待解决的课题。

[0004] 专利(201610138294.3)公开了一种锂电池隔膜纸的生产方法，采用针叶木漂白木浆、溶解浆和纳米纤维素纤度按照1:1:3的质量比例混合均匀，加入聚氧化乙烯，在造纸机上进行抄造成形，经干燥，压光后制得的纳米纤维素锂电池隔膜纸。其特点是这种隔膜具备良好的隔离性能和较好的储存稳定性，其缺点是制备工序较复杂，耐碱性较差，容易受到电解液的腐蚀。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，以丙纶纤维、聚丙烯腈纤维以及聚酯纤维作为隔膜纸的制备原料，不仅能够提高隔膜纸的物理强度性能和保障较好的吸碱性能,，同时由于隔膜纸强度的提高，有效防止了隔膜纸因破裂而失去离子隔离效果，具有较好的工程实用价值。此外，本发明以陶瓷废料作为填料，变废为宝，极大降低了原材料成本，为大规模生产创造了条件。

[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0007] 一种锂电池隔膜纸，包括以下步骤：

[0008] (1)取重量份数为40-55份的丙纶纤维放入带搅拌器的分散桶中，加水疏解20～30min，至均匀分散于水相中，形成丙纶纤维浆料；

[0009] (2)取重量份数为25-35份的聚丙烯腈纤维放入打浆机中，加水疏解20～30min，再下轻刀打浆40～60min，待纤维完全分散无浆点，停止打浆，形成聚丙烯腈纤维浆料；

[0010] (3)取重量份数为20-30份的聚酯纤维放入打浆机中，加水疏解20～30min，再下轻刀打浆40～60min，待纤维完全分散无浆点，停止打浆，形成聚酯纤维浆料；

[0011] (4)将上述三种浆料全部放入配浆池中，再加水配至浓度为0.2％-0.5％，加1-2mL分散剂，然后加入35-53份的陶瓷废料颗粒作为填料，搅拌均匀即得混合浆料；将稀释后的混合浆料在网部脱水成型、压榨、干燥、热压成型，再经后续的卷纸、切割后得到锂电池隔膜纸。

[0012] (5)取1.0-1.2份氮化硼分散于聚乙烯醇中得到涂布液，再将涂布液涂覆于锂电池隔膜纸上，在压光机上进行压光处理，得到包含绝缘涂层的锂电池隔膜纸。

[0013] 上述方法中，所述的一种锂电池隔膜纸，所述的丙纶纤维的纤维长度为1mm-8mm，纤度为0.2-0.6detx；所述的聚丙烯腈纤维的纤维长度为1mm-8mm，纤度为0.2-0.6detx；所述的聚酯纤维的纤维长度为2mm-6mm，纤度为0.1-0.3detx。

[0014] 上述方法中，所述的一种锂电池隔膜纸，所述分散剂为羧甲基纤维素或聚丙烯酰胺，质量浓度为0.1-1％。

[0015] 上述方法中，所述的一种锂电池隔膜纸，所述的热压成型温度270-350℃，时间3-6min。

[0016] 上述方法中，所述的一种锂电池隔膜纸，其特征在于:所述锂电池隔膜纸的定量为40-50g/m2。

[0017] 上述方法中，所述的一种锂电池隔膜纸，所述锂电池隔膜纸的单位面积重量为25g/m2-30g/m2。

[0018] 上述方法中，所述的一种锂电池隔膜纸，所述陶瓷废料颗粒的粒径为0.02-1μm。

[0019] 与现有技术相比，本发明的优势在于：

[0020] (1)本发明以丙纶纤维、聚丙烯腈纤维以及聚酯纤维作为隔膜纸的制备原料，不仅能够提高隔膜纸的物理强度性能和保障较好的吸碱性能，同时由于隔膜纸强度的提高，有效防止了隔膜纸因破裂而失去离子隔离效果。

[0021] (2)本发明以陶瓷废料作为填料，有利于解决废料的处置问题，变废为宝，此外，陶瓷废料低廉的价格，还极大降低了隔膜纸的制造成本，有利于工程化推广及应用。

具体实施方式

[0022] 下面结合实施例对本发明作进一步具体的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0023] 实施例1

[0024] 一种锂电池隔膜纸的制备方法，包括以下步骤：

[0025] 按照下列标准筛选纤维，丙纶纤维的纤维长度为2mm，纤度为0.2detx；所述的聚丙烯腈纤维的纤维长度为1mm，纤度为0.2detx；所述的聚酯纤维的纤维长度为2mm，纤度为0.1detx

[0026] 步骤1：取重量份数为40份的丙纶纤维放入带搅拌器的分散桶中，加水疏解20min，至均匀分散于水相中，形成丙纶纤维浆料；

[0027] 步骤2：取重量份数为25份的聚丙烯腈纤维放入打浆机中，加水疏解20min，再下轻刀打浆40min，待纤维完全分散无浆点，停止打浆，形成聚丙烯腈纤维浆料；

[0028] 步骤3：取重量份数为20份的聚酯纤维放入打浆机中，加水疏解20min，再下轻刀打浆40min，待纤维完全分散无浆点，停止打浆，形成聚酯纤维浆料；

[0029] 步骤4：将上述三种浆料全部放入配浆池中，再加水配至质量百分比浓度为0.2％，加1mL质量浓度为0.1％羧甲基纤维素，然后加入35份粒径为0.02μm的陶瓷废料颗粒作为填料，搅拌均匀即得混合浆料；将稀释后的混合浆料在网部脱水成型、压榨、干燥、热压成型，再经后续的卷纸、切割后得到锂电池隔膜纸。

[0030] 步骤5：取1.0份氮化硼分散于聚乙烯醇中得到涂布液，再将涂布液涂覆于锂电池隔膜纸上，在压光机上进行压光处理，得到包含绝缘涂层的锂电池隔膜纸。

[0031] 实施例2

[0032] 一种锂电池隔膜纸的制备方法，包括以下步骤：

[0033] 按照下列标准筛选纤维，丙纶纤维的纤维长度为6mm，纤度为0.4detx；所述的聚丙烯腈纤维的纤维长度为5mm，纤度为0.4detx；所述的聚酯纤维的纤维长度为4mm，纤度为0.2detx

[0034] 步骤1：取重量份数为50份的丙纶纤维放入带搅拌器的分散桶中，加水疏解25min，至均匀分散于水相中，形成丙纶纤维浆料；

[0035] 步骤2：取重量份数为30份的聚丙烯腈纤维放入打浆机中，加水疏解25min，再下轻刀打浆50min，待纤维完全分散无浆点，停止打浆，形成聚丙烯腈纤维浆料；

[0036] 步骤3：取重量份数为25份的聚酯纤维放入打浆机中，加水疏解25min，再下轻刀打浆50min，待纤维完全分散无浆点，停止打浆，形成聚酯纤维浆料；

[0037] 步骤4：将上述三种浆料全部放入配浆池中，再加水配至质量百分比浓度为0.3％，加1.5mL质量浓度为0.5％羧甲基纤维素，然后加入40份粒径为0.5μm的陶瓷废料颗粒作为填料，搅拌均匀即得混合浆料；将稀释后的混合浆料在网部脱水成型、压榨、干燥、热压成型，再经后续的卷纸、切割后得到锂电池隔膜纸。

[0038] 步骤5：取1.1份氮化硼分散于聚乙烯醇中得到涂布液，再将涂布液涂覆于锂电池隔膜纸上，在压光机上进行压光处理，得到包含绝缘涂层的锂电池隔膜纸。

[0039] 实施例3

[0040] 一种锂电池隔膜纸的制备方法，包括以下步骤：

[0041] 按照下列标准筛选纤维，丙纶纤维的纤维长度为8mm，纤度为0.6detx；所述的聚丙烯腈纤维的纤维长度为8mm，纤度为0.6detx；所述的聚酯纤维的纤维长度为6mm，纤度为0.3detx

[0042] 步骤1：取重量份数为55份的丙纶纤维放入带搅拌器的分散桶中，加水疏解30min，至均匀分散于水相中，形成丙纶纤维浆料；

[0043] 步骤2：取重量份数为35份的聚丙烯腈纤维放入打浆机中，加水疏解30min，再下轻刀打浆60min，待纤维完全分散无浆点，停止打浆，形成聚丙烯腈纤维浆料；

[0044] 步骤3：取重量份数为30份的聚酯纤维放入打浆机中，加水疏解30min，再下轻刀打浆60min，待纤维完全分散无浆点，停止打浆，形成聚酯纤维浆料；

[0045] 步骤4：将上述三种浆料全部放入配浆池中，再加水配至质量百分比浓度为0.5％，加2mL质量浓度为1％聚丙烯酰胺，然后加入53份粒径为1μm的陶瓷废料颗粒作为填料，搅拌均匀即得混合浆料；将稀释后的混合浆料在网部脱水成型、压榨、干燥、热压成型，再经后续的卷纸、切割后得到锂电池隔膜纸。

[0046] 步骤5：取1.2份氮化硼分散于聚乙烯醇中得到涂布液，再将涂布液涂覆于锂电池隔膜纸上，在压光机上进行压光处理，得到包含绝缘涂层的锂电池隔膜纸。

[0047] 对实施例1-3中得到的锂电池隔膜纸及利用隔膜制得的锂电池电池进行了如下测试:

[0048] (1)不同隔膜的电化学阻抗值如下表所示：

[0049]

[0050] 从上表可以看出，在常温下，锂电池隔膜纸的电化学阻抗与PP膜的电化学阻抗相差不大。在常温下，锂电池隔膜纸的电化学阻抗值未发生较大变化；当温度升高时，锂电池隔膜纸中微孔堵塞，电化学阻抗值变大，保证热关断作用的实现。

[0051] (2)应用不同隔膜的锂离子电池的充放电性能如下表所示：

[0052]

[0053] 在实际试验时发现，从实施例1-3得到的复合隔膜制备的电池在140℃/5min后电压急剧增大至设定上限，电流无法正常充电，表明没有离子传输的正常通道，该隔膜实现了对电池的热关断作用。而与之对比的是，PP膜在140℃/5min条件下，仍然正常充放电，未能实现关断作用，不利于锂电池的安全使用。

[0054] (3)应用不同隔膜的锂离子电池循环性能如下表所示：

[0055]

[0056] 可以看出，实施例1-3制备的锂离子电池的寿命在循环600周后，容量保持率达88％以上，而普通PP膜的锂离子电池的容量保持率仅82.2％，说明实施例1-3制备的锂离子电池，隔膜与电解液的浸润性较好，从而使电池具有优越的循环性能

[0057] 在所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围。