一种载体式隔膜涂层制作方法与流程

1.本发明属于锂电池的技术领域，具体涉及一种载体式隔膜涂层制作方法。


背景技术：

2.隔膜是锂离子电池主要部件之一，在锂离子电池中起到分隔正负极避免短路和透过电解液实现锂离子导通的作用。随着锂离子电池应用不断推广，需要提升锂电池的安全性和电化学性能。现有的锂电池中，隔膜通常是采用多孔的pe或者pp隔膜，厚度为4微米
‑
20微米。然而在较高温度下，例如超过100℃，多孔的pe或者pp隔膜很容易发生收缩，导致锂电池在高温下，容易发生正负极短路产生安全问题。因此要求隔膜具有高温下抗热收缩能力。现有的解决方法为在pe或者pp隔膜上，通过胶将一层陶瓷涂覆在隔膜表面，利用陶瓷的热稳定性，提升隔膜高温稳定性。进一步的，在隔膜表面还会涂覆胶层，使隔膜和极片接触更加良好，降低界面阻抗，提升电池性能。
3.现有的技术中，公开号为cn112106223a的中国专利公开了一种包含低电阻涂层的电化学装置用隔膜和制造所述隔膜的方法，它包含多孔基材和形成在所述多孔基材的至少一个表面上的低电阻涂层，其中所述低电阻涂层包含：节点，所述节点含有无机粒子和覆盖所述无机粒子的至少一部分表面的聚合物树脂；和丝，所述丝具有线状形状并且从所述节点的聚合物树脂出来，其中从一个所述节点延伸出一个以上的丝，并且所述丝布置为连接一个节点与其它节点。
4.这种包含低电阻涂层的电化学装置用隔膜和制造所述隔膜的方法是首先制作涂布浆料，然后将浆料涂布在隔膜上，通过凝固液进行凝固后烘干，或者直接烘干，得到具有陶瓷层或者胶层的涂层隔膜。
5.上述中的现有技术方案存在以下缺陷：现有技术指直接在隔膜上进行涂覆工艺，受到隔膜性能的影响。
①
隔膜强度低，在提高涂布速度时，隔膜牵引力较大，容易出现打皱现象。
②
隔膜在高温烘干例如100℃时会发生收缩，限制了烘干工艺。
③
隔膜材料pe和pp为非极性的材料，表面张力与浆料表面张力不匹配，容易发生漏涂。
④
现有隔膜宽度＜1200毫米，再宽的隔膜容易发生边缘不平齐，在涂布时容易发生漏涂。
⑤
双面涂层孔洞不均匀（先涂布一面涂层浆料会渗透入隔膜，后涂布的面涂料不会渗透，导致两面微观形貌不一致）。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种载体式隔膜涂层制作方法，以解决隔膜强度低并且容易收缩的技术问题，达到隔膜强度高，并且不易收缩，更容易进行烘干的目的。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种载体式隔膜涂层制作方法，步骤包括：s1：配置涂布浆料：涂布浆料包括0
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50wt%的粉末、50
‑
100wt%的高分子材料和5
‑
30wt%的溶剂，使用高速分散机进行分散，其中，粉末为绝缘材料或离子导电材料；s2：在pet载体上涂布：采用凹版辊将涂布浆料涂布在pet载体上；s3：凝固液定型：将pet载体浸入含有nmp的去离子水中，时间为20秒，再浸入去离
子水中，时间为20秒，进行定型；s4：烘干定型：烘干温度120℃，烘干时间为20秒；s5：将pet载体与pp隔膜热压复合：在温度为85℃，压力为100千克下，进行热复合；s6：载体剥离并收卷：将pet载体剥离后，将涂层和pp隔膜进行收卷。
8.进一步的，s1中，高分子材料包括pvdf、pvdf共聚物、pan或paa中的一种或多种；溶剂包括nmp、dmac、dmso或丙酮中的一种或多种。
9.进一步的，s2中，pet载体为具有支撑和拉伸性能的高分子致密膜材料。
10.进一步的，s1中，高速分散机的转速为1000转每分，时间为240分钟，加热温度保持40℃。
11.进一步的，s2中，pet载体厚度为100微米，表面涂布具有硅油离型剂，pet载体宽度为800毫米，涂布速度为100米/分钟。
12.进一步的，s1：涂布浆料包括0
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50wt%的粉末、50
‑
100wt%的高分子材料和5
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30wt%的溶剂，使用高速分散机进行分散，其中，粉末为绝缘材料或离子导电材料；s2：在pet载体上涂布：采用凹版辊将涂布浆料涂布在pet载体上；s3：烘干定型：烘干温度40℃，烘干时间为20秒；s4：将pe载体与pp隔膜热压复合：在温度为85℃，压力为100千克下，进行热复合；s5：载体剥离并收卷：将pet载体剥离后，将涂层和pp隔膜进行收卷。
13.进一步的，s1中，高分子材料包括pvdf、pvdf共聚物、pan或paa中的一种或多种；溶剂包括nmp、dmac、dmso或丙酮中的一种或多种。
14.进一步的，s2中，pet载体为具有支撑和拉伸性能的高分子致密膜材料。
15.进一步的，s1中，高速分散机的转速为1000转每分，时间为240分钟，加热温度保持40℃。
16.进一步的，s2中，pet载体厚度为100微米，表面涂布具有硅油离型剂，pet载体宽度为800毫米，涂布速度为100米/分钟。
17.本发明的有益效果是：1.通过在载体上涂布浆料，再将载体烘干复合至隔膜，减少液体状的浆料渗透到隔膜的多孔结构中，从而阻碍锂离子传输的情况，能够提升隔膜的锂离子通过性。
18.2、载体本身厚度较厚，从而在载体的加工工艺时，能够提升载体的总体宽幅，在提升载体的总体宽幅后，相同时间内传输的载体总量上升，从而提升加工效率，也能够降低用电成本。
19.3.通过pet载体为具有支撑和拉伸性能的高分子致密膜材料，强度高，而且载体本身的厚度较厚，在传输过程中，可以承受较高的牵引力，在较高牵引力的作用下，载体整体不易发生褶皱，不仅能够提升良品率，还具有提升浆料涂布速度的优点。
20.4.通过采用介质载体，可以对载体进行加工，例如涂覆表面活性剂或者进行电晕处理或者选用与浆料表面张力相近的载体，从而提高浆料在载体表面的浸润能力，更好的将浆料能够稳定的覆盖在载体上，从而避免浆料漏涂，直接使用隔膜，因为浆料为液体状，在涂布过程中容易因为隔膜表面的浸润能力差而导致漏涂，造成残次品。
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明的载体式隔膜涂层制作方法的工艺框图。
具体实施方式
24.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例1：如图1所示，一种载体式隔膜涂层制作方法，一种载体式隔膜涂层制作方法，步骤包括：s1：配置涂布浆料：涂布浆料包括0
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50wt%的粉末、50
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100wt%的高分子材料和5
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30wt%的溶剂，使用高速分散机进行分散，高速分散机的转速为1000转每分，时间为240分钟，加热温度保持40℃。其中，粉末为绝缘材料或离子导电材料；s2：在pet载体上涂布：采用凹版辊将涂布浆料涂布在pet载体上；s3：凝固液定型：将pet载体浸入含有nmp的去离子水中，时间为20秒，再浸入去离子水中，时间为20秒，进行定型；s4：烘干定型：烘干温度120℃，烘干时间为20秒；s5：将pet载体与pp隔膜热压复合：在温度为85℃，压力为100千克下，进行热复合；s6：载体剥离并收卷：将pet载体剥离后，将涂层和pp隔膜进行收卷。
26.其中，s1中，高分子材料包括pvdf、pvdf共聚物、pan或paa中的一种或多种；溶剂包括nmp、dmac、dmso或丙酮中的一种或多种。
27.其中，s2中，pet载体为具有支撑和拉伸性能的高分子致密膜材料。
28.在本实施例中，s2中，pet载体厚度为100微米，表面涂布具有硅油离型剂，pet载体宽度为800毫米，涂布速度为100米/分钟。
29.实施例2：s1：涂布浆料包括0
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50wt%的粉末、50
‑
100wt%的高分子材料和5
‑
30wt%的溶剂，使用高速分散机进行分散，高速分散机的转速为1000转每分，时间为240分钟，加热温度保持40℃。其中，粉末为绝缘材料或离子导电材料；s2：在pet载体上涂布：采用凹版辊将涂布浆料涂布在pet载体上；s3：烘干定型：烘干温度40℃，烘干时间为20秒；s4：将pe载体与pp隔膜热压复合：在温度为85℃，压力为100千克下，进行热复合；s5：载体剥离并收卷：将pet载体剥离后，将涂层和pp隔膜进行收卷。
30.其中，s1中，高分子材料包括pvdf、pvdf共聚物、pan或paa中的一种或多种；溶剂包括nmp、dmac、dmso或丙酮中的一种或多种。
31.同时，s2中，pet载体为具有支撑和拉伸性能的高分子致密膜材料。pet载体厚度为100微米，表面涂布具有硅油离型剂，pet载体宽度为800毫米，涂布速度为100米/分钟。
32.实施例3：di水体系浆料涂布配置涂布浆料：s1：涂布浆料包括0
‑
50wt%的粉末、50
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100wt%的di水和5
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30wt%的溶剂，使用高速分散机进行分散，高速分散机的转速为1000转每分，时间为240分钟，加热温度保持40℃。
33.s2：在pet载体上涂布：采用凹版辊将涂布浆料涂布在pet载体上；s3：烘干定型：烘干温度40℃，烘干时间为20秒；s4：将pe载体与pp隔膜热压复合：在温度为85℃，压力为100千克下，进行热复合；s5：载体剥离并收卷：将pet载体剥离后，将涂层和pp隔膜进行收卷。
34.其中，s1中，高分子材料包括pvdf、pvdf共聚物、pan或paa中的一种或多种；溶剂包括nmp、dmac、dmso或丙酮中的一种或多种。
35.同时，s2中，pet载体为具有支撑和拉伸性能的高分子致密膜材料。pet载体厚度为100微米，表面涂布具有硅油离型剂，pet载体宽度为800毫米，涂布速度为100米/分钟。
36.对比例：s1：配置涂布浆料：按照粉末：nmp（n
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甲基吡咯烷酮）：pvdf=20：75：5比例进行混合，使用高速分散机进行分散，转速为1000rpm，时间为240分钟，加热温度保持40℃。
37.s2：在pe基膜上涂布：采用凹版辊将浆料涂布在pe基膜上。pe基膜厚度为12微米，pe基膜宽度为800毫米，涂布速度为40米/分钟。
38.s3：凝固液定型：将涂布有浆料的pet浸入含有nmp的去离子水中，时间为20秒，再浸入去离子水中，时间为20秒，进行定型。
39.s4：烘干定型：烘干温度40℃，烘干时间为20秒。涂层烘干后面密度为3克/平方米，厚度为2um。
40.测试：测试1，波浪边测试，隔膜两端加300gf，测量隔膜两端下垂高度，表征隔膜表面平整度。
41.测试2，透气值（s/100cc），即在1.22kpa压力下测试100ml空气通过1平方英寸隔膜所需要的时间，使用旭精工透气仪。
42.测试3，锂电池倍率性能测试，将以上案例隔膜装配成2ah软包电池，正极为lico2体系，负极为人造石墨，电解液为ec/pc=3：1，1m lipf6 实施例1实施例2实施例3对比例基膜透气值（s/100cc）180160160160涂布透气增加值（s/100cc）00080垂边高度（mm）108121000.5c电池容量保持率（以0.2c放电为基准）100000%1.0c电池容量保持率（以0.2c放电为基准）97���%2.0c电池容量保持率（以0.2c放电为基准）95���%
从表中可以得出：1、对于浆料涂布在载体上，再将载体复合至隔膜上后剥离载体，这种工艺对于基膜透气值并没有影响。
43.2、对于涂布透气增加值，即在1.22kpa压力下测试100ml空气通过1平方英寸隔膜所需要的时间，在本表格中，可以采用但不限于使用旭精工透气仪。数值越小，说明空气透
过性越好，用来表征锂离子在涂覆膜中的传输性能。在表中的实施例可以得出在隔膜上涂布在载体上完成的隔膜具有良好的透气性，提升了隔膜的透气性能。
44.3、对于垂直边高度，即波浪边测试，是在隔膜两端加300gf，测量隔膜两端下垂高度，表征隔膜表面平整度。垂边高度小，说明涂覆膜平整度好，利于锂电池的装配及后续的电性能发挥。在本表格中，实施例1、实施例2和实施例3的垂边高度明显小于对比例的垂边高度，说明涂覆的浆料的隔膜平整度好。
45.4、锂电池高倍率放电性能表征，2ah锂电池，1c容量即为2a电流放电容量，高功率放电容量保持率高，说明锂离子在涂覆膜中传输性能高，能够保证高倍率放电过程锂离子的高速传输。在表格中，通过1.0c电池容量保持率和2.0c电池容量保持率的对比，说明在本发明中的隔膜具有良好的高速传输性能。
46.综上所述：通过在载体上涂布浆料，再将载体烘干复合至隔膜，减少液体状的浆料渗透到隔膜的多孔结构中，从而阻碍锂离子传输的情况，能够提升隔膜的锂离子通过性。载体本身厚度较厚，从而在载体的加工工艺时，能够提升载体的总体宽幅，在提升载体的总体宽幅后，相同时间内传输的载体总量上升，从而提升加工效率，也能够降低用电成本。通过pet载体为具有支撑和拉伸性能的高分子致密膜材料，强度高，而且载体本身的厚度较厚，在传输过程中，可以承受较高的牵引力，在较高牵引力的作用下，载体整体不易发生褶皱，不仅能够提升良品率，还具有提升浆料涂布速度的优点。通过采用介质载体，可以对载体进行加工，例如涂覆表面活性剂或者进行电晕处理或者选用与浆料表面张力相近的载体，从而提高浆料在载体表面的浸润能力，更好的将浆料能够稳定的覆盖在载体上，从而避免浆料漏涂，直接使用隔膜，因为浆料为液体状，在涂布过程中容易因为隔膜表面的浸润能力差而导致漏涂，造成残次品。
47.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
48.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
49.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
50.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。