本发明专利技术涉及一种锂离子电池薄膜的原位制备方法，包括以下步骤：准备金属基材，并在金属基材表面涂布锂离子正极薄膜材料或者涂布负极薄膜材料；准备聚合物溶液原料，在静电纺丝设备中利用直流高压电源将聚合物溶液喷射向经过处理的金属基材表面形成纳米纤维隔膜；将经过处理的金属基材在热处理装置中进行固化处理，得到原位制备的锂离子电池薄膜。本发明专利技术的方法可以在涂覆有正极或负极薄膜材料的锂离子电池基材上原位制备隔膜材料，彻底解决了隔膜与正极或负极薄膜材料附着力差的技术问题，加快了静电纺丝法制取的纳米纤维膜进入锂电池行业的步伐，同时也大大提高了锂电池的充放电性能和安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池薄膜的制备方法以及由该方法制备得到的锂离子电池薄膜以及电池，更具体地说，本专利技术涉及一种在锂离子电池正极或负极基材表面连续同时镀覆纳米纤维隔膜的方法，以及制备得到的锂离子电池薄膜以及电池。
技术介绍
锂离子电池以其具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小，无记忆效应对环境污染小等优点，已被广泛应用于手机、笔记本电脑、PDA、数码相机、MP3等领域，成为各种现代通讯设备和电子设备不可缺少的部件。随着技术的更新和发展，各种用电设备的发展对电池的性能提出了更高的要求，要求电池具有更薄、更轻、更高的能量密度和功率密度以及更高的安全性。特别是近年来能源的紧张及各种电动车、混合动力车的发展，其厂商一直寻找一种重量轻、体积小、对环境友好、能大电流放电且具有较高的安全性能的产品。在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，可隔离电池正负极，以防正负极出现短路，但其允许离子流快速通过，从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。目前商品化的锂电池隔膜均是通过叠片或卷绕的工艺将隔膜置于正极和负极之间来进行隔离，导致叠片或卷绕过程中隔膜与电极片正极或负极附着不牢固，容易发生错位，从而可能引发短路或者遭撞击等导致电池起火或爆炸，从而导致电池在使用时存在安全隐患。最新研究的方法是以静电纺丝技术制备的非织造布膜作为锂离子电池隔膜。静电纺丝所得纤维最主要的特点是纤维直径很细，具有高的比表面积，且所得亚微米级纤维堆积而成的层状膜具有较高的孔隙率和优异的离子电导率。例如，专利权人韩国科学技术研究院在专利文件CN1284888C记载了一种采用电荷感应纺丝工艺制备高分子纤维网的制备方法，可以制备包括聚偏氟乙烯(PVDF)在内的多种高分子聚合物材料。专利申请人江西先材纳米纤维科技有限公司在专利申请公开文本CN101974828A中记载了一种采用静电纺丝工艺制备共聚酰亚胺纳米纤维非织造布的制备方法，所述的非织造布主要用于电池隔膜。然而上述专利或专利申请文件所公开的制备方法制备的隔膜同样需要叠片或卷绕的工艺将隔膜置于正极和负极之间，但是静电纺丝法制出纳米纤维膜横向、纵向拉伸强度较小，穿刺强度也低，静电大，给锂离子电池制造商在叠片及卷绕时带来很大困难，也限制了静电纺丝法制取纳米纤维隔膜在锂离子电池行业中的发展。
技术实现思路
为了克服现有技术中锂离子电池由于隔膜与电极片附着力差导致的安全隐患的技术问题，本公司的科研人员经过数年的刻苦钻研和富有创造性的设计开发，专利技术了一种锂离子电池薄膜的原位制备方法，该方法的最大特点是可以在涂覆有正极或负极薄膜材料的锂离子电池基材上原位制备隔膜材料，彻底解决了隔膜与正极或负极薄膜材料附着力差的技术问题，加快了静电纺丝法制取的纳米纤维膜进入锂电池行业的步伐，同时也大大提高了锂电池的充放电性能和安全性。本专利技术的第一方面涉及一种锂离子电池薄膜的原位制备方法，其特征在于包括以下步骤:(I)准备金属基材，并在金属基材表面涂布锂离子正极薄膜材料或者涂布负极薄膜材料；(2)准备聚合物溶液原料，在静电纺丝设备中利用直流高压电源将聚合物溶液喷射向经过步骤(I)处理的金属基材表面形成纳米纤维隔膜；(3)将经过步骤(2)处理的金属基材在热处理装置中进行固化处理，得到原位制备的锂离子电池薄膜。本专利技术中所述的静电纺丝设备，包括直流高压电源、喷头组驱动器、金属喷头组、料液输送泵、电极片放料辊、电极片取料辊、并且在电极片放料辊、电极片取料辊之间还至少设置有进镀膜区垂直段保持辊和出镀膜区垂直段保持辊，并且所述进镀膜区垂直段保持辊和出镀膜区垂直段保持辊均设置有张力调整机构。本专利技术所述的原位制备方法，利用静电纺丝设备进行喷射时，通过张力调整机构，控制出镀膜区垂直段保持辊比进镀膜区垂直段保持辊张力高约2-3%，可以有效减小隔膜的收缩，提高薄膜厚度的均匀性。本专利技术中所述的热处理装置，优选为电子束固化装置，电子束固化可以在常温下进行，可以有效避免加热和冷却过程对隔膜均匀性的不利影响，提高隔膜的孔隙度均匀性。本专利技术所述的原位制备方法，在涂布锂离子正极薄膜材料或者涂布负极薄膜材料之前还有预处理的步骤，在本底真空度为5.0 10_3pa，直流电压120-150V、电流0.3-0.5A的条件下，利用氩气产生辉光放电对金属基材进行处理；经过辉光放电预处理的金属基材，能够增强薄膜与基体的粘结力，而且令人意料不到的是还能够显著提高纳米纤维隔膜与正极薄膜材料或者涂布负极薄膜材料的粘结强度，进一步提高了粘结性能。本专利技术所述的原位制备方法，适合用于制备各种用于锂离子电池隔膜的聚合物纳米纤维隔膜，所述聚合物包括但不仅限于聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯共六氟丙烯、聚丙烯腈共异丁烯酸酯、或聚丙烯腈和聚偏氟乙烯的混合物。本专利技术所述的原位制备方法，所述的锂离子正极薄膜材料选自磷酸锂铁盐、锂钴氧化物、锂镍氧化物或锂锰氧化物中的一种；所述的锂离子负极薄膜材料选自天然石墨、超级导电石墨、复合石墨或碳纤维中的一种。特别优选地，当用于制备聚偏氟乙烯纳米纤维隔膜时，选择特性黏度为1.3-1.7102mL/g，旋转黏度在0.3-0.6pa.s，含水率不大于0.1%，将选好的聚偏氟乙烯树脂放入烘箱中进行干燥去水分，烘烤温度不得高于160°C ;量取适量有机溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)，其指标要求为:色谱含量> qq.q%、水含量< lOOppm、铁含量< 0.05ppm、20°C的电导率(0.5μ 5/cm，置于反应釜中搅拌30分钟，取出经过上述干燥处理的聚偏氟乙烯树脂加入到反应釜中，聚偏氟乙烯树脂与二甲基乙酰胺按质量体积比配置浓度为12%的聚偏氟乙烯树脂闻分子溶液；配置好的聚偏氟乙烯树脂闻分子溶液在反应爸中充分溶解25-27小时后，经过高精密过滤器和均质机进行过滤、均匀、脱气处理用作上述聚合物溶液原料。本专利技术的第二方面还涉及由上述锂离子电池薄膜的原位制备方法制备得到的锂离子电池薄膜。本专利技术的第三方面还涉及锂离子电池，其包括上述的锂离子电池薄膜。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果:使锂离子电池隔膜制备、隔膜与电极材料的装配两个过程一次性完成；并且隔膜与电极材料的结合强度高，有效避免了现有技术中隔膜与电极片附着不牢固而导致的安全问题；本专利技术的方法可实现连续化生产锂离子电池隔膜，生产效率高；而且制备得到的纳米纤维膜厚度易调节，薄厚均匀，孔隙分布均匀，通透性好，热稳定性好，受热收缩小。采用本专利技术的方法制备得到的锂离子电池薄膜完全能够满足锂离子电池及动力锂离子电池的技术要求。附图说明图1是为实施本专利技术的锂离子电池薄膜的原位制备方法的静电纺丝设备的示意图。图2是本专利技术的一个实施例所制备得到的锂离子电池薄膜材料中纳米纤维膜的SEM 图。图1中各附图标记所代表的含义如下:1_防干扰隔离器、2-直流高压电源、3-电极片放料辊、4-导向辊、5-对夹辊、6-张力调整机构、7-进镀膜区垂直段保持辊、8-被张紧的电极片、9-喷头组驱动器、10-喷头组支架、11-金属喷头组、12-出镀膜区垂直段保持辊、13-张力调整机构、14-双面镀膜后的电极片、15-电极片取料辊、16-取料辊驱动器、17-磁力刹车机构、18-气动式连接器、19本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池薄膜的原位制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)准备金属基材，并在金属基材表面涂布锂离子正极薄膜材料或者涂布负极薄膜材料；(2)准备聚合物溶液原料，在静电纺丝设备中利用直流高压电源将聚合物溶液喷射向经过步骤(1)处理的金属基材表面形成纳米纤维隔膜；(3)将经过步骤(2)处理的金属基材在热处理装置中进行固化处理，得到原位制备的锂离子电池薄膜。
【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池薄膜的原位制备方法，其特征在于包括以下步骤: (1)准备金属基材，并在金属基材表面涂布锂离子正极薄膜材料或者涂布负极薄膜材料； (2)准备聚合物溶液原料，在静电纺丝设备中利用直流高压电源将聚合物溶液喷射向经过步骤(1)处理的金属基材表面形成纳米纤维隔膜； (3)将经过步骤(2)处理的金属基材在热处理装置中进行固化处理，得到原位制备的锂离子电池薄膜。2.权利要求1所述的原位制备方法，其特征在于所述的静电纺丝设备包括直流高压电源、喷头组驱动器、金属喷头组、料液输送泵、电极片放料辊、电极片取料辊、并且在电极片放料辊、电极片取料辊之间还至少设置有进镀膜区垂直段保持辊和出镀膜区垂直段保持辊，并且所述进镀膜区垂直段保持辊和出镀膜区垂直段保持辊均设置有张力调整机构。3.权利要求2所述的原位制备方法，其特征在于利用静电纺丝设备进行喷射时，通过张力调整机构，控制出镀膜区垂直段保持辊比进镀膜区垂直段保持辊张力高约2-3%。4.权利要求1-3任一项所述的原位制备方法，其特征在于所述的热处理装置为电子束固化装置。5.权利要求1-3任一项所述的原位制备方法，其特征在于在涂布锂离子正极薄膜材料或者涂布负极薄膜材料之前，在本底真空度为5.0X10_3Pa，直流电压120-150V、电流0.3-0.5A的条件下，利用氩气产生辉光放电对金属基材进行处理。6.权利要求1-3任一项所述的原位制备方法，其特征在于所述聚合物溶液原料包括但不仅限于...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙志峰，荆彦超，
申请(专利权)人：三门峡兴邦特种膜科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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