[發(fā)明專利]電池隔膜的表面改性處理方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410216920.7 | 申請日： | 2014-05-21 |
| 公開（公告）號： | CN103972451A | 公開（公告）日： | 2014-08-06 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 王正鐸;陳強;朱惠欽;原建松;曹慶波 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京印刷學院;煙臺鴻慶包裝材料有限公司 |
| 主分類號： | H01M2/16 | 分類號： | H01M2/16;C23C14/30;C23C14/10;C23C14/08 |
| 代理公司： | 煙臺雙聯(lián)專利事務所(普通合伙) 37225 | 代理人： | 曲顯榮 |
| 地址： | 10260北*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 電池 隔膜 表面 改性 處理 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種材料表面改性處理技術(shù)，特別是電池隔膜的一種表面改性處理方法。
背景技術(shù)
在很多化學電池，特別是鋰離子電池當中，都需要用到隔膜材料。電池隔膜是鋰離子電池的四大關(guān)鍵材料之一(正極、負極、隔膜、電解液)，是電池中非常關(guān)鍵的部分，對電池安全性和成本有直接影響。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)能力及安全性等特性，特別對鋰電池的安全起著至關(guān)重要的作用。
目前，商品化的鋰離子電池隔膜主要是經(jīng)過精密雙向拉伸的多孔聚烯烴材料，如：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯和聚丙烯復合層(PP/PE/PP)等，厚度25-40um，孔徑30-100nm，孔隙率30％-50％。多孔聚烯烴具有較高的強度和較好的化學穩(wěn)定性，在高于玻璃化溫度的條件下具有收縮孔隙的自閉合功能，能夠限制電流，可防止過熱而引起爆炸。但聚烯烴隔膜存在的問題之一是親水性較差，無法完全滿足電池快速充放電的要求，還影響電池的循環(huán)使用壽命。存在的另一個問題是耐熱性差，在大功率放電時會受熱變形，當電池局部溫度超過170℃時會迅速融化，導致電池正負極迅速接觸而短路，造成安全事故。
為了追求電池的大功率輸出、快速充放電，同時又能保持電池容量、循環(huán)性能以及安全性能等功能，除了要探索新型的隔膜材料(玻璃纖維無紡布、陶瓷纖維無紡布、多功能復合薄膜等)，還有一條重要的途徑是對聚烯烴隔膜進行表面改性處理。比如，在電池隔膜表面接枝極性基團，或者涂覆聚偏氟乙烯(PVDF)、聚酰亞胺(PI)、氧化鋁(Al2O3)、氧化硅(SiOx)、二氧化鈦(TiO2)、二氧化鋯(ZrO2)等有機或無機材料。
為了改善聚烯烴隔膜的性能，人們使用或開發(fā)了很多技術(shù)手段，比如：溶膠-凝膠、磺化、氟化、等離子體接枝、高能輻射與紫外照射、真空沉積涂層等等，以改善電池隔膜的表面性能。比如，有的學者通過化學接枝法，將耐熱的有機-無機硅氧雜化體系引入到聚烯烴隔膜表面，在電化學性能改變不大的情況下極大地改善了隔膜的熱收縮性,從而提高了鋰離子電池的熱穩(wěn)定性；有的公司按照“陶瓷隔膜”的概念，在隔膜材料上復合三氧化二鋁或其他無機物，具有較高的熱穩(wěn)定性，在200℃下不易發(fā)生收縮或熔融；有的采用真空氣相沉積的方法，利用化學氣相沉積或者物理氣相沉積技術(shù)，在隔膜表面沉積一層無機的氧化物涂層，可以提高隔膜的表面親水極性，增加隔膜的吸液率。但是，在聚烯烴隔膜表面沉積無機氧化物涂層之后，這些無機類氧化物涂層一般都有較大的內(nèi)應力，容易導致隔膜卷曲或涂層脫落，并容易阻塞聚烯烴隔膜本身原有的孔隙從而降低離子通過性。
目前，電池隔膜的各種表面處理技術(shù)方法正在開發(fā)之中。各種技術(shù)方法都有自己的特點，但尚難以兼顧電池隔膜各種性能指標，只能在保證鋰電池安全的前提下進行適當取舍、平衡。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對聚烯烴電池隔膜親水性和耐熱性不足的問題以及表面沉積無機氧化物涂層導致的高應力和孔隙堵塞問題，提供了一種有機單體離化摻雜無機氧化物涂層對電池隔膜進行表面改性處理的方法，經(jīng)該方法處理后的電池隔膜兼具親水性、耐熱性、低涂層應力，并能保持較高的孔隙率。
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明給出一種電池隔膜的表面改性處理方法，該方法的特殊之處在于：在離子輔助電子束蒸發(fā)鍍膜裝置中，無機氧化物原料被加熱蒸發(fā)并沉積至電池隔膜表面形成氧化物涂層；在氧化物涂層沉積過程中，硅氧烷類的有機單體被離子源離化并摻雜至無機氧化物涂層中。
所述電池隔膜的表面改性處理方法，包括以下具體步驟：
在無機氧化物原料被加熱蒸發(fā)并沉積至電池隔膜表面形成氧化物涂層步驟中：
①放置電池隔膜3和無機氧化物原料：將電池隔膜3和無機氧化物原料分別置入離子輔助電子束蒸發(fā)鍍膜裝置中的鍍膜真空腔室1的頂部和加熱坩堝2內(nèi)，抽本底真空至壓力低于5×10-3Pa；
②對電池隔膜3進行鍍膜前的表面清洗與活化：通過氣路系統(tǒng)5向離子源供應純度不低于99.99％的放電氬氣，使鍍膜真空腔室1的絕對壓力處于10-2Pa量級，開啟離子源，離子束轟擊電池隔膜表面，對電池隔膜3進行鍍膜前的表面清洗與活化；
③使無機氧化物原料向電池隔膜3表面沉積：開啟電子束加熱蒸發(fā)系統(tǒng)的電源，使無機氧化物原料加熱氣化，并向電池隔膜3表面沉積；
在將硅氧烷類的有機單體被離子源離化并摻雜至無機氧化物涂層步驟中：
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