[發明專利]一種鋰離子電池陶瓷隔膜的制備方法

在審

• 申請號: 201710931154.6
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107732107A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 嚴佐毅;劉文卿
• 申請（專利權）人: 安徽金美新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙)11265
• 代理人: 李鑫

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池陶瓷隔膜的制備方法。

背景技術

目前，商品化的鋰離子電池中采用的主要是具有微孔結構的聚烯烴類隔膜材料，如聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)的單層或多層膜。由于聚合物本身的特點，雖然聚烯烴隔膜在常溫下可以提供足夠的機械強度和化學穩定性，但在高溫條件下則表現出較大的缺點，如易受熱變形，導致正負極相互接觸而發生內部短路，最終可能會發生熱失控或者爆炸，在安全方面存在很大的隱憂。同時，由于受制備工藝的限制，這類隔膜被硬物刺穿后，會遭受不可逆的傷害。因此，目前普遍采用陶瓷隔膜，即在現有的聚烯烴微孔膜基材的表面上，單面或雙面涂布一層均勻的、由陶瓷微顆粒等構成的保護層，形成多孔性的安全性功能隔膜。在保證聚烯烴微孔隔膜原有基本特性的基礎上，賦予隔膜高耐熱功能，降低隔膜的熱收縮性，從而更有效地減少鋰離子電池內部短路，防止因電池內部短路而引起的電池熱失控。

從目前的工藝來看，陶瓷隔膜的制備方式主要是將陶瓷粉體(主要是納米或亞微米的氧化物粉末，如Al₂O₃、SiO₂、TiO₂等)、粘結劑等分散在溶劑中形成漿料，再通過微凹輥轉移涂布，流延法或浸漬法等在聚烯烴隔膜基材表面形成陶瓷涂層，這種傳統的方法存在如下缺點：

(1)陶瓷涂層較厚，其厚度通常在2-5μm之間。

(2)陶瓷涂層通常需要在粘結劑的作用下與基材結合，粘合力不強容易掉粉；

(3)由于滿足涂覆的陶瓷材料和膠成本高，且涂覆速度較慢(30-50m/min)，導致該工藝成本較高。

發明內容

有鑒于此，為了克服上述缺點，本發明的目的在于提供一種鋰離子電池陶瓷隔膜的制備方法，使得制備出的鋰離子電池陶瓷隔膜既能使陶瓷層的厚度大大降低，從而大大增加電池能量密度，降低生產成本，又能提高陶瓷層與基材結合力。

所采用的技術方案為：

一種鋰離子電池陶瓷隔膜的制備方法，包括以下步驟：

S1.將多孔基材置于一真空室內，將鋁材置于一蒸發機構內，所述蒸發機構設置在所述真空室內，當真空室內的真空度達到閾值要求后，鋁材在蒸發機構中持續熔化、蒸發形成鋁蒸汽，使多孔基材浸于該鋁蒸汽中；

S2.多孔基板下方設置一氧氣噴射裝置，將氧氣沿多孔基材表面噴出；

S3.分布在多孔基材表面的氧氣與金屬鋁蒸汽直接反應后生成氧化鋁，所述氧化鋁鍍敷在多孔基材表面形成陶瓷層，得到鋰離子電池陶瓷隔膜。

進一步地，所述多孔基材的材質為PE、PP、PP/PE/PP復合膜、PVDF類、PI類或PET類。或者其他的高分子材料。

進一步地，所述多孔基材的厚度為5-20μm。

進一步地，在所述多孔基材鄰近處設置一金屬網，該金屬網設有加熱裝置，使金屬網的溫度可控。該金屬網的作用是為了調整并控制陶瓷層的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導率，對鋰離子有較好的透過性。金屬網加熱或控制金屬網溫度的作用是為了防止蒸汽在金屬網上冷凝堵塞金屬網的網孔。

進一步地，所述金屬網的兩側分別設置所述氧氣噴射裝置，使得氧氣能從多孔基材表面的兩側噴出。

進一步地，所述金屬網放置在氧氣噴射裝置的下方或上方。

進一步地，所述多孔基材的上下表面均鍍敷有氧化鋁層。

進一步地，通過控制金屬鋁蒸汽的密度及氧氣的噴射速率來控制陶瓷層的厚度，使陶瓷層的厚度為10-50nm。

在本發明中，S1中的鋁材可以用Si材、Ti材、Zr材或Mg材代替。從而使陶瓷層不局限于Al₂O₃,還可以為SiO₂、TiO₂、ZrO₂或MgO等。

本發明的有益效果在于:

(1)陶瓷層的厚度可以為10-50nm，可使陶瓷隔膜的厚度大大降低，大大提高電池的能量密度；

(2)與傳統方法得到的陶瓷隔膜相比，本發明得到的陶瓷隔膜其陶瓷層與多孔基材的結合力更強；

(3)本發明為真空蒸發鍍鋁工藝或稱為真空反應蒸鍍工藝，原材料為鋁及氧氣，原料成本低且消耗少，同時采用真空蒸發鍍鋁的工藝，大大節約工藝成本，是傳統涂布陶瓷氧化鋁工藝成本的1/3以內。

附圖說明