[發明專利]鋰電池隔膜涂敷和等離子體改性處理的反應裝置及方法

在審

• 申請號: 202211516118.0
• 申請日: 2022-11-29
• 公開（公告）號: CN115714234A
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 王嘉楠;孫世翼;羅驍陽;吳限;崔翔明;廖涵;楊夢云;延衛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/449;H01M50/489
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發明公開了一種鋰電池隔膜涂敷和等離子體改性處理的反應裝置及方法，包處理腔和等離子體生成腔在側面通過等離子體輸送口相連，通過翻轉傳動輪實現鋰電池隔膜的翻面以實現鋰電池隔膜的雙面涂敷，并在隔膜堆疊平臺上受到等離子體處理。本發明將鋰電池隔膜的涂敷和等離子體處理等流程通過一體化連續反應裝置實現處理過程的一步到位，其中多個控制裝置可根據鋰電池隔膜加工要求按需調節，使鋰電池隔膜涂敷速度和涂敷量精確把控，降低鋰電池隔膜改性處理過程中的不穩定性，將整個流程中的各步驟有機結合，大幅度提高鋰電池隔膜改性的處理效率，并且實現生產的自動化，可適用于大規模生產制作高安全鋰電池所需要的電池鋰電池隔膜。

技術領域

本發明屬于新能源技術領域，涉及一種鋰電池隔膜涂敷和等離子體改性處理的反應裝置及方法。

背景技術

目前，“以電代油”是汽車產業發展的長期趨勢，新能源汽車已然成為未來全球汽車市場發展的主要趨勢。鋰電池作為新能源汽車的核心部件，市場需求必然隨之迅速增長。這使得擴大新能源的應用具有重大意義。

鋰電池是新能源電動汽車的“心臟”，直接影響著電動汽車的續航和安全性。鋰電池隔膜在鋰離子電池中起著防止正、負極短路的作用，并在鋰離子電池充放電過程中供應鋰離子運輸通道，直接影響了電池的容量、循環性能和安全性能。鋰電池隔膜存在的一系列安全問題如多次充放電循環引發的鋰枝晶的生長會刺穿鋰電池隔膜造成電池正負極相接短路；電池熱失控時鋰電池隔膜發生收縮、起火，進而引發爆炸、火災等，需要有良好的解決方案。“濕法+涂覆”已是業界公認的高安全性鋰電池隔膜的發展方向。使用不同的漿料，通過涂覆提升鋰離子電池鋰電池隔膜綜合性能如改善鋰電池隔膜的熱穩定性、改善其機械強度，從而保障電池安全使用，延長電池循環壽命。因此，研究鋰電池隔膜涂覆漿料的改性和研發新型鋰電池隔膜涂覆裝置具有重要意義。

鋰電池的鋰電池隔膜采用的商用PP鋰電池隔膜，其組成成分作為一種非極性分子，由于與電解質溶液的浸潤性和相容性一般，在參與電池正負極反應中對離子的通過效率受到了限制，鋰離子轉移數和電導率不夠優秀，使得電池面對各種場景的表現低于正常工作效率，在多次循環充放電使用后容量降低。對此可以采用涂敷改性的方法，在鋰電池隔膜表面進行涂層修飾，由于修飾層中含有大量極性官能團，改性鋰電池隔膜比商用PP膜具有更好的電解液潤濕性和相容性，鋰離子轉移數和離子電導率有顯著提高。由于改性鋰電池隔膜具有較高的耐熱性，因而能在一定程度上減少了PP膜熱封閉孔隙時造成的熱收縮，提高熱穩定性。

等離子體是物質的第四態，是一種呈電中性的導電流體。等離子體表面改性技術是一種完全不用水的氣固相干法處理工藝，可有效改變被改性材料表面自由能、親和性等性能，具有快速、環保、高效、操作簡單、節省能源、不改變材料基體性能的優點。等離子體內部含有大量的高能電子及活性粒子，可以在改善材料表面電荷性能的同時不改變材料的體性質。氟(F)是電負性最強的元素，能夠與電池反應中的陽離子生成極強的共價鍵。高比例的氟元素可以消除脫鋰效應，因此有利于表面穩定性。氟添加劑與鋰陽極的原位反應也可以形成氟化鋰層，并促進鋰在平行方向上的電沉積而不是垂直生長。基于上述分析，對鋰電鋰電池隔膜進行氟改性優化，是實現高安全性和高性能的有效手段。以氟等離子體處理相結合，在鋰電鋰電池隔膜上制備了氟改性保護層。不僅能有效應對熱收縮效應，增強物理強度，還能抑制鋰枝晶生長刺穿鋰電池隔膜。目前的問題在于如何選擇適當的方法來有效地實現氟化過程，而不會改變鋰電池隔膜的固有功能。

發明內容

本發明的目的在于解決傳統人工涂敷法和烘干再接等離子體處理存在的不易控制原料涂敷量、工藝耗時長、材料利用率低的問題，提供一種鋰電池隔膜涂敷和等離子體改性處理的反應裝置及方法，本發明將鋰電池隔膜的涂敷和等離子體處理等流程通過一體化連續反應裝置實現處理過程的一步到位，其中多個控制裝置可根據鋰電池隔膜加工要求按需調節，使鋰電池隔膜涂敷速度和涂敷量精確把控，降低鋰電池隔膜改性處理過程中的不穩定性，將整個流程中的各步驟有機結合，大幅度提高鋰電池隔膜改性的處理效率，并且實現生產的自動化，可適用于大規模生產制作高安全鋰電池所需要的電池鋰電池隔膜。