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一种锂电池隔膜的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-06-29
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2018-12-14
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2021-05-07
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-06-29
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810698314.1 申请日 2018-06-29
公开/公告号 CN108847467B 公开/公告日 2021-05-07
授权日 2021-05-07 预估到期日 2038-06-29
申请年 2018年 公开/公告年 2021年
缴费截止日
分类号 H01M50/403H01M50/446B82Y30/00 主分类号 H01M50/403
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 7
权利要求数量 8 非专利引证数量 1
引用专利数量 2 被引证专利数量 0
非专利引证 1、2011.04.07JP 特开2013-168373 A,2013.08.29Molaei et al..SiO2-coated magneticgraphene oxide modified with polypyrrole-polythiophene: A novel and efficientnanocomposite for solid phase extractionof trace amounts of heavy metals. 《Talanta》.2017,(第167(2017)期),607-616.;
引用专利 US8067108B、WO2011/040681A 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 安徽省徽腾智能交通科技有限公司 当前专利权人 安徽省徽腾智能交通科技有限公司
发明人 许美凤 第一发明人 许美凤
地址 安徽省宿州市磬云南路与鞋城三路交叉口鞋城管委会孵化中心 邮编 234000
申请人数量 1 发明人数量 1
申请人所在省 安徽省 申请人所在市 安徽省宿州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
合肥市浩智运专利代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
丁瑞瑞
摘要
一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤,采用涂布机将混合料浆均匀的喷涂在性的薄膜上,随后转入干燥箱中,在70~80℃下干燥5~6h,即可得锂电池隔膜。本发明的锂电池隔膜是一种安全性好、抗穿刺强度和拉伸强度高,具有较好的耐热性、孔隙率。
  • 摘要附图
    一种锂电池隔膜的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2021-05-07 授权
2 2021-04-02 著录事项变更 申请人由安徽省徽腾智能交通科技有限公司变更为安徽省徽腾智能交通科技有限公司 地址由234000 安徽省宿州市埇桥区道东街道办事处汴河路123号变更为234000 安徽省宿州市磬云南路与鞋城三路交叉口鞋城管委会孵化中心
3 2018-12-14 实质审查的生效 IPC(主分类): H01M 2/14 专利申请号: 201810698314.1 申请日: 2018.06.29
4 2018-11-20 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤,
步骤一,将正丁醇,N,N‑二甲基甲酰胺,纳米二氧化硅,聚偏氟乙烯和四氯化碳进行混合,控制pH值为5‑7,搅拌并加热至50‑70℃,搅拌的速率为1000‑1500r/min,搅拌的时间为
1‑6h得到混合料浆;
步骤二,基础薄膜表面改性
将基础薄膜置于2‑甲氧基‑4‑甲基苯酚水溶液中,浸渍30‑120min,取出后采用去离子水冲洗3‑6遍后置于烘干机中烘干得到表面改性的基础薄膜;
步骤三,涂布
将步骤二表面改性的基础薄膜置于涂布机上,将步骤一混合料浆通过静电喷涂装置,
2
以2‑4mL/dm ,均匀喷涂在改性的薄膜上,随后转入干燥箱中,在70~80℃下干燥5~6h,即可得锂电池隔膜;
步骤一中所述的纳米二氧化硅为经过表面改性的介孔二氧化硅纳米颗粒,具体采用如下方法制备:
步骤A、介孔二氧化硅纳米颗粒制备
(1)将十六烷基三甲基溴化铵置于去离子水中,机械搅拌15‑30min,搅拌完毕后加入异丙醇和浓度为25%的氨水,在50‑80℃下搅拌30min,加入正硅酸四乙酯和第一组合物并以
10‑15℃/min的升温速度升温至60‑100℃搅拌2‑4h后停止搅拌,静置15‑30h得到分层的溶液,冷却至室温后采用离心机离心将沉淀物采用乙醇和去离子水分别清洗3‑6遍后真空干燥既得到介孔二氧化硅纳米颗粒;
所述十六烷基三甲基溴化铵、去离子水、异丙醇、氨水、正硅酸四乙酯和第一组合物的质量比为1‑3:50‑300:10‑30:5‑20:3‑8:2‑4;所述第一组合物由噻吩、吡咯和N,N‑二甲基甲酰胺以质量比为3‑6:2‑4:0.5‑2混合制得;
步骤B,介孔二氧化硅纳米颗粒的表面改性
将步骤一制备的介孔二氧化硅纳米颗粒,纳米聚苯胺、乙二胺和甲醇以质量比为5‑10:
6‑20:1‑4:30‑60置于烧杯中在40~60℃下搅拌,然后减压旋转蒸发除去溶剂,所得产物用乙醚洗涤,升温至40‑50℃,将洗涤后的产物、第一化合物和二氯甲烷磁力搅拌30‑50min,升温至60‑90℃,氮气的保护下加入过硫酸胺,搅拌反应10‑20h,降温至室温,将沉淀物采用去离子水清洗3‑6次得到表面改性的介孔二氧化硅纳米颗粒;
所述介孔二氧化硅纳米颗粒、第一化合物、二氯甲烷和过硫酸胺的质量比为3‑8:6‑10:
1‑5:2‑4;
所述第一化合物为聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷两嵌段聚合物;
所述聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷两嵌段聚合物的制备方法包括以下步骤:将聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和异辛酸亚锡混合得到混合物,并对此混合物充氮30min以保证排除其中的氧气,将混合物转移到经氮气置换后的四口烧瓶中进行聚合,在80‑120℃搅拌下反应15‑20h,反应的产物置于pH为4.0‑5.0的去离子水中透析1‑3天,之后采用乙醇清洗3‑6遍,既得到聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷两嵌段聚合物;
所述聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和异辛酸亚锡的质量比为5‑10:3‑9:0.5‑1。

2.如权利要求1所述的一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,所述正丁醇,N,N‑二甲基甲酰胺,纳米二氧化硅,聚偏氟乙烯和四氯化碳的质量比为30‑60:10‑15:1‑5:4‑8:
0.5‑3。

3.如权利要求1所述的一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,所述基础薄膜为聚酰胺薄膜。

4.如权利要求1所述的一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,所述锂电池隔膜厚度为8‑30μm。

5.如权利要求4所述的一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,所述锂电池隔膜厚度为10‑20μm。

6.如权利要求1所述的一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,所述锂电池隔膜的孔隙率为66~83%。

7.如权利要求1所述的一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,所述锂电池隔膜的孔隙率为70%。

8.如权利要求1所述的一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,所述锂电池隔膜的孔隙率为75%。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种锂电池隔膜的制备方法。

背景技术

[0002] 锂电池的结构中,隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的,其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同,采用的隔膜也不同。对于锂电池系列,由于电解液为有机溶剂体系,因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料,一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。
[0003] 近年来,将聚合物电解质用于锂离子电池已实现了商品化,聚合物电解质在锂离子电池中既是离子迁移的通道,又起到正负极材料间的隔膜作用。聚合物电解质可分为固体聚合物电解质及凝胶聚合物电解质,作为实用的聚合物电解质隔膜必须满足以下几个必要条件:①具有高的离子电导率,以降低电池内阻;②锂离子的传递系数基本不变,以消除浓度极化;③可以忽略的电子导电性,以保证电极间有效的隔离;④电极材料有高的化学和电化学稳定性;⑤低廉的价格,合适的化学组成,保证对环境友好。
[0004] 气性、孔隙率、孔径大小、厚度等基本性能不能很好的控制在一定的范围内,因此无法得到有效的应用,不能满足锂电池高端领域的需求。

发明内容

[0005] 本发明专利的目的在于提供一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤,
[0006] 步骤一,将正丁醇,N,N‑二甲基甲酰胺,纳米二氧化硅,聚偏氟乙烯和四氯化碳进行混合,控制pH值为5‑7,搅拌并加热至50‑70℃,搅拌的速率为1000‑1500r/min,搅拌的时间为1‑6h得到混合料浆;
[0007] 步骤二,薄膜表面改性
[0008] 将基础薄膜置于2‑甲氧基‑4‑甲基苯酚水溶液中,浸渍30‑120min,取出后采用去离子水冲洗3‑6遍后置于烘干机中烘干得到表面改性的薄膜;
[0009] 步骤三,涂布
[0010] 将步骤二表面经过改性的薄膜置于涂布机上,将步骤一混合料浆通过静电喷涂装2
置,以2‑4mL/dm ,均匀喷涂在改性的薄膜上,随后转入干燥箱中,在70~80℃下干燥5~6h,即可得锂电池隔膜。
[0011] 所述正丁醇,N,N‑二甲基甲酰胺,纳米二氧化硅,聚偏氟乙烯和四氯化碳的质量比为30‑60:10‑15:1‑5:4‑8:0.5‑3。
[0012] 所述基础薄膜为聚酰胺薄膜。
[0013] 所述锂电池隔膜厚度为8‑30μm。
[0014] 所述锂电池隔膜厚度为10‑20μm。
[0015] 所述锂电池隔膜的孔隙率为66~83%。
[0016] 所述锂电池隔膜的孔隙率为70%。
[0017] 所述锂电池隔膜的孔隙率为75%。
[0018] 有益效果:
[0019] 本发明的纳米微孔电池隔膜是一种安全性好、拉伸强度高,具有较好的耐热性、孔隙率。

实施方案

[0020] 下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
[0021] 一种锂电池隔膜的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤,
[0022] 步骤一,将正丁醇,N,N‑二甲基甲酰胺,纳米二氧化硅,聚偏氟乙烯和四氯化碳进行混合,控制pH值为5‑7,搅拌并加热至50‑70℃,搅拌的速率为1000‑1500r/min,搅拌的时间为1‑6h得到混合料浆;
[0023] 步骤二,薄膜表面改性
[0024] 将基础薄膜置于2‑甲氧基‑4‑甲基苯酚水溶液中,浸渍30‑120min,取出后采用去离子水冲洗3‑6遍后置于烘干机中烘干得到表面改性的薄膜;
[0025] 步骤三,涂布
[0026] 将步骤二表面经过改性的薄膜置于涂布机上,将步骤一混合料浆通过静电喷涂装2
置,以2‑4mL/dm ,均匀喷涂在改性的薄膜上,随后转入干燥箱中,在70~80℃下干燥5~6h,即可得锂电池隔膜。
[0027] 所述正丁醇,N,N‑二甲基甲酰胺,纳米二氧化硅,聚偏氟乙烯和四氯化碳的质量比为30‑60:10‑15:1‑5:4‑8:0.5‑3。
[0028] 所述基础薄膜为聚酰胺薄膜。
[0029] 所述锂电池隔膜厚度为8‑30μm。
[0030] 所述锂电池隔膜厚度为10‑20μm。
[0031] 所述锂电池隔膜的孔隙率为66~83%。
[0032] 所述锂电池隔膜的孔隙率为70%。
[0033] 所述锂电池隔膜的孔隙率为75%。
[0034] 步骤一中的料浆为聚偏氟乙烯混合液。
[0035] (一)本发明中步骤一中所述的介孔纳米粒子为经过表面改性的孔纳米粒子,具体采用如下方法制备:
[0036] 步骤A、介孔二氧化硅纳米粒制备
[0037] (1)将十六烷基三甲基溴化铵置于去离子水中,机械搅拌15‑30min,搅拌完毕后加入异丙醇和浓度为25%的氨水,在50‑80℃下搅拌30min,加入正硅酸四乙酯和第一组合物并以10‑15℃/min的升温速度升温至60‑100℃搅拌2‑4h后停止搅拌,静置15‑30h得到分层的溶液,冷却至室温后采用离心机离心将沉淀物采用乙醇和去离子水分别清洗3‑6遍后真空干燥既得到介孔二氧化硅纳米颗粒;
[0038] 所述十六烷基三甲基溴化铵、去离子水、异丙醇、氨水、正硅酸四乙酯和第一组合物的质量比为1‑3:50‑300:10‑30:5‑20:3‑8:2‑4;所述第一组合物由噻吩、吡咯和N,N‑二甲基甲酰胺以质量比为3‑6:2‑4:0.5‑2混合制得;
[0039] 步骤B,介孔二氧化硅纳米颗粒的表面改性
[0040] 将步骤一制备的介孔二氧化硅纳米颗粒,纳米聚苯胺、乙二胺和甲醇以质量比为5‑10:6‑20:1‑4:30‑60置于烧杯中在40C~60℃下搅拌,然后减压旋转蒸发除去溶剂,所得产物用乙醚洗涤,升温至40‑50℃,将洗涤后的产物、第一化合物和二氯甲烷磁力搅拌30‑
50min,升温至60‑90℃,氮气的保护下加入过硫酸胺,搅拌反应10‑20h,降温至室温,将沉淀物采用去离子水清洗3‑6次得到表面改性的介孔二氧化硅纳米颗粒;
[0041] 所述介孔二氧化硅纳米颗粒、第一化合物、二氯甲烷和过硫酸胺的质量比为3‑8:6‑10:1‑5:2‑4;
[0042] 所述第一化合物为聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷两嵌段聚合物;
[0043] 所述聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷两嵌段聚合物的制备方法包括以下步骤:将聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和异辛酸亚锡混合得到混合物(所述聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和异辛酸亚锡的质量比为5‑10:3‑9:0.5‑1),并对此混合物充氮30min以保证排除其中的氧气,将混合物转移到经氮气置换后的四口烧瓶中进行聚合,在80‑120℃搅拌下反应15‑20h,反应的产物置于pH为4.0‑5.0的去离子水中透析1‑3天,之后采用乙醇清洗3‑6遍,既得到聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷两嵌段聚合物。
[0044] 经过研究发现
[0045] (1)经过大量实验发现步骤A中通过加入第一组合物能够使得该介孔二氧化硅纳米颗粒的粒径为20‑40nm,粒径为20‑30nm的能够占到70%‑80%,通常情况下不加入第一组合物制得的纳米粒子的粒径为30‑200nm,50‑200nm的比例为70‑90%;
[0046] (2)步骤B中表面改性的介孔二氧化硅纳米颗粒为表面包覆纳米聚苯胺纳米颗粒,通过对于介孔二氧化硅纳米颗粒的表现改性使得颗粒与基体之间通过静电作用和氢键结合,使得其结合力增强,使用过程中不容易脱落。
[0047] (3)步骤B中通过加入第一化合物使得有效缩小介孔二氧化硅纳米颗粒表面聚苯胺纳米颗粒的粒径在1‑5之间的可以达到75%,5‑10nm的可以达到20%,均匀的包裹在介孔二氧化硅纳米颗粒表面,由于颗粒粒径更小,能有效提升界面间连接强度从而提高薄膜的拉伸强度。
[0048] (4)通过将基础薄膜置于2‑甲氧基‑4‑甲基苯酚水溶液中进行基础薄膜的表面改性,2‑甲氧基‑4‑甲基苯酚水溶液能够自氧化聚合在基体膜表面及微孔中,引入大量诸如羟基、酚羟基、羧基、氨基等带负电荷活性基团,涂布后与料浆的结合更加紧密提升了薄膜整体的强度,具体数据如下。
[0049] (二)测试实验
[0050] (1)拉伸强度
[0051] 按照GB/T1040.1‑2006标准,使用宽为25mm的长条状薄膜样片,采用MTS公司的CMT4000型电子测试机进行测定。
[0052] (2)平均孔径
[0053] 按照ISO15901.1‑2006标准,采用压汞仪在20‑2000Psi压力下测试隔膜的孔径分布和平均孔径。
[0054] (3)孔隙率
[0055] 测试隔膜的假体密度(g/cm3)=隔膜重量/(厚度*面积),与理论值0.94g/cm3相除,即视为微孔隔膜的孔隙率。
[0056] (4)针刺强度
[0057] 测量仪器为MTS公司的CMT4000型电子测试机进行测试,测定用前端为球面(曲率半径R:0.5mm)直径1mm的针,以2mm/s的速度扎入聚烯烃多孔膜时的最大负荷。
[0058] 经检测,本发明制得的锂离子电池复合隔膜孔径分布均匀,孔隙率达66~83%,优选70%,更优选75%,平均孔径小于60nm,拉伸强度:MD方向190‑300MPa,优选260‑280MPa,TD方向190‑300MPa,优选260‑280MPa;250℃下收缩率低于0.5%,膜厚度为8‑30μm,优选10‑20μm,使用本发明电池隔膜的锂电池经循环充放电800次后,剩余电量为95~97%,有效延长了电池使用寿命,针刺强度410‑460gf,优选415gf。
[0059] 应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
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