專利名稱：一種耐高溫微孔薄膜材料及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型材料的制備和應(yīng)用；尤其是涉及一種耐高溫微孔薄膜材料及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
鋰離子電池因?yàn)榫哂懈弑饶芰俊㈤L循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到快速發(fā)展，特別隨著鋰離子動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車的成功應(yīng)用，發(fā)展速度達(dá)到空前。但是鋰離子動(dòng)力電池的安全性一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵問題，隔膜正是關(guān)乎鋰離子動(dòng)力電池安全性的關(guān)鍵組成部分。隔膜是具有多孔結(jié)構(gòu)的電絕緣性薄膜，主要作用是隔離正、負(fù)極，并使電池內(nèi)的電子不能自由穿過，同時(shí)能夠讓電解質(zhì)離子通過，其性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)壽命等特性，因此隔膜需要具有高的孔隙率、良好的機(jī)械性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，在反復(fù)充放電過程中對(duì)電解液保持高度浸潤性，同時(shí)具有非常好的高溫穩(wěn)定性。目前，鋰離子電池隔膜主要為聚烯烴薄膜，該隔膜材質(zhì)的局限性在于耐溫性能有限，通常低于150°C，使得鋰離子電池的安全性降低；對(duì)電解液浸潤性能差、保持能力差，從而影響電池的循環(huán)性能，此類隔膜靜電較大，容易在電池制造過程中引起電池短路，因此不適合作為電動(dòng)汽車應(yīng)用的鋰離子動(dòng)力電池隔膜。隔膜在鋰離子動(dòng)力電池中占據(jù)非常重要的地位，也是鋰離子動(dòng)力電池材料中技術(shù)壁壘最高的一種高附加值材料，生產(chǎn)動(dòng)力電池隔膜的技術(shù)和裝備都被列入西方對(duì)中國限制出口的清單，全球90%的隔膜產(chǎn)能把握在美國、日本和歐洲個(gè)別企業(yè)手中，中國所需動(dòng)力電池隔膜全部需要進(jìn)口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中隔膜材料耐高溫性能差、機(jī)械強(qiáng)度低、吸液能力和保液能力差、空隙率低、靜電大的缺點(diǎn)，提供一種耐高溫、抗靜電、高孔隙率、高保液能力、 電解液吸液性能優(yōu)異的耐高溫微孔薄膜材料，可用作鋰離子動(dòng)力電池隔膜、超級(jí)電容器隔膜或過濾材料。本發(fā)明目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種耐高溫微孔薄膜材料，其是由無機(jī)纖維、合成纖維、天然有機(jī)纖維、超細(xì)無機(jī)粉末和粘合劑作為原料，通過濕法造紙，結(jié)合涂布一次成型制成的非織造布材料，其具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有90%以上的孔隙率。其中濕法造紙結(jié)合涂布技術(shù)一次成型的具體步驟可以是(1)配制涂布液將超細(xì)無機(jī)粉末所需重量的10%和所需粘合劑配成均勻的水性涂布液備用；(2)將無機(jī)纖維、合成纖維、天然有機(jī)纖維裁成2mm 15mm的超短纖維與剩余部分超細(xì)無機(jī)粉末，使用濕法造紙技術(shù)，經(jīng)打漿、成型、脫水，然后使用涂布液進(jìn)行濕法涂布，再進(jìn)行壓軋、烘干，以上根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)要求進(jìn)行面密度的控制，通過壓軋機(jī)進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)品所需厚度，卷取、包裝，制成耐高溫微孔薄膜材料。本發(fā)明采用無機(jī)纖維、合成纖維、天然有機(jī)纖維、超細(xì)無機(jī)粉末和粘合劑，通過濕法造紙結(jié)合涂布技術(shù)一次成型，這樣得到的耐高溫微孔薄膜材料呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有 90%以上的孔隙率和非常大的比表面積，對(duì)電解液具有優(yōu)異的吸液能力和保液能力，有利于提高隔膜材料離子導(dǎo)電率，降低電池內(nèi)阻，適合大電流放電，對(duì)提高鋰離子動(dòng)力電池、超級(jí)電容器的綜合性能有很大幫助；本發(fā)明的構(gòu)成材料為性能較高的材料，因此在260°C時(shí)長時(shí)間保持尺寸及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，和聚烯烴隔膜材料相比，安全性能有了非常大的提高；由于材料是通過濕法造紙結(jié)合涂布技術(shù)一次成型，這樣使本發(fā)明結(jié)構(gòu)呈三維網(wǎng)狀，具有均勻性良好的三維立體孔，平均孔徑在0. 02 μ m 2. 5 μ m，這種結(jié)構(gòu)孔可有效避免因?yàn)獒樋自斐傻膬?nèi)部短路現(xiàn)象；同時(shí)本發(fā)明材料具有優(yōu)異抗大力度撞擊能力，減少因刺穿造成的短路問題，進(jìn)一步提高了電池的安全性，使本發(fā)明材料優(yōu)選用于鋰離子動(dòng)力電池隔膜等，能更好地滿足電動(dòng)汽車所需高性能電池的使用。本發(fā)明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述耐高溫微孔薄膜材料在260°C時(shí)，尺寸及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不變。本發(fā)明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述無機(jī)纖維優(yōu)選為超細(xì)玻璃纖維、陶瓷纖維、氫氧化鎂纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維中的一種；無機(jī)纖維的直徑為0.6μπι 3. 0 μ m0本發(fā)明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述合成纖維優(yōu)選為PET纖維或原纖化芳綸纖維；合成纖維的直徑為2 μ m 4 μ m。本發(fā)明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述天然有機(jī)纖維優(yōu)選為纖維素纖維；天然有機(jī)纖維的直徑為0. 3 μ m 0. 5 μ m。本發(fā)明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述超細(xì)無機(jī)粉末優(yōu)選為納米氧化物粉末，如氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鎂、氧化鈰中的一種；超細(xì)無機(jī)粉末的粒徑為 0. 2 μ m 0. 3 μ m。本發(fā)明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述粘合劑優(yōu)選為水性PTFE、PVDF、丙烯酸酯、纖維素中的一種或幾種。本發(fā)明的耐高溫微孔薄膜材料，其中所述原料按重量比計(jì)，優(yōu)選為無機(jī)纖維 30% 35%，合成纖維40% 50%，天然有機(jī)纖維10% 15%，超細(xì)無機(jī)粉末5% 8%， 粘合劑2% 10%。本發(fā)明的耐高溫微孔薄膜材料，具有耐高溫，抗靜電，化學(xué)穩(wěn)定性好，空隙率高，保液能力強(qiáng)，吸液率高等性能，同時(shí)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，較小的孔徑，和優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。 可有效的提高動(dòng)力電池的綜合性能和安全性。因此非常適用作鋰離子動(dòng)力電池隔膜、超級(jí)電容器隔膜，另外也可作為過濾材料使用。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步說明本發(fā)明，結(jié)合以下實(shí)施例具體說明本發(fā)明提供的是一種耐高溫微孔薄膜材料，是由無機(jī)纖維、合成纖維、天然有機(jī)纖維、超細(xì)無機(jī)粉末和粘合劑，通過濕法造紙結(jié)合涂布技術(shù)一次成型的非織造布材料。
涂布液的配制將超細(xì)無機(jī)粉末所需重量的10%和粘合劑所需重量根據(jù)要求配成均勻的水性涂布液備用。將無機(jī)纖維、合成纖維、天然有機(jī)纖維裁成2mm 15mm的超短纖維與剩余部分超細(xì)無機(jī)粉末，使用濕法造紙技術(shù)，經(jīng)打漿、成型、脫水，然后使用涂布液進(jìn)行濕法涂布，再進(jìn)行壓軋、烘干，以上根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)要求進(jìn)行面密度的控制，通過壓軋機(jī)進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)品所需厚度，卷取、包裝，制成一種耐高溫微孔薄膜材料。實(shí)施例1將纖維及無機(jī)粉末材料按重量比進(jìn)行配料即陶瓷纖維直徑為0. 6 μ m，長度5mm ； PET纖維直徑為3 μ m，長度6mm ；纖維素纖維直徑為0. 3 μ m，長度3mm ；納米氧化鋯粉末所需重量的90%，將上述纖維和氧化鋯納米粉末采用濕法造紙工藝，經(jīng)打漿、成型、脫水，然后使用氧化鋯粉末與PVDF配制的涂布液進(jìn)行涂布，壓軋、在進(jìn)行烘干，壓軋，制得厚度為30 μ m, 面密度為20g/m2的一種耐高溫微孔薄膜材料，其中各種材料含量為陶瓷纖維32%、PET纖維45%、纖維素纖維10%、納米氧化鋯粉末6%、PVDF為 %。實(shí)施例2將纖維及無機(jī)粉末材料按重量比進(jìn)行配料即超細(xì)玻璃纖維直徑為0. 6 μ m，長度 5mm ；PET纖維直徑為3 μ m，長度6mm ；纖維素纖維直徑為0. 3 μ m，長度3mm ；納米氧化鋁粉末所需重量的90%，將上述纖維和氧化鋁納米粉末采用濕法造紙工藝，經(jīng)打漿、成型、脫水，然后使用氧化鋁粉末與丙烯酸酯配制的涂布液進(jìn)行涂布，壓軋、在進(jìn)行烘干，壓軋，制得厚度為45 μ m，面密度為25g/m2的一種耐高溫微孔薄膜材料，其中各種材料含量為超細(xì)玻璃纖維30%、PET纖維40%、纖維素纖維12 %、納米氧化鋁粉末8%、丙烯酸酯為10%。實(shí)施例3將纖維及無機(jī)粉末材料按重量比進(jìn)行配料即氧化鋁纖維直徑為0. 6 μ m，長度 5mm ；PET纖維直徑為3 μ m，長度6mm ；纖維素纖維直徑為0. 3 μ m，長度3mm ；納米氧化鎂粉末所需重量的90%，將上述纖維和氧化鎂納米粉末采用濕法造紙工藝，經(jīng)打漿、成型、脫水，然后使用氧化鎂粉末與纖維素粘合劑配制的涂布液進(jìn)行涂布，壓軋、在進(jìn)行烘干，壓軋，制得厚度為60 μ m，面密度為36g/m2的一種耐高溫微孔薄膜材料，其中各種材料含量為氧化鋁纖維31 %、PET纖維48 %、纖維素纖維10 %、納米氧化鎂粉末5 %、纖維素粘合劑為6 %。采用上述配料條件及處理方式，制得的耐高溫微孔薄膜材料性能指標(biāo)如下表所示
權(quán)利要求
1.一種耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于其是由無機(jī)纖維、合成纖維、天然有機(jī)纖維、超細(xì)無機(jī)粉末和粘合劑作為原料，通過濕法造紙，結(jié)合涂布一次成型制成的非織造布材料，其具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有90%以上的孔隙率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述耐高溫微孔薄膜材料具有分布均勻的三維立體孔，平均孔徑在0. 02 μ m 2. 5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述耐高溫微孔薄膜材料在260°C時(shí)，尺寸及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述無機(jī)纖維為超細(xì)玻璃纖維、陶瓷纖維、氫氧化鎂纖維、氧化鋯纖維、氧化鋁纖維中的一種；無機(jī)纖維的直徑力 0. 6 μ m 3. 0 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述合成纖維為PET 纖維或原纖化芳綸纖維；合成纖維的直徑為2 μ m 4 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述天然有機(jī)纖維為纖維素纖維；天然有機(jī)纖維的直徑為0. 3 μ m 0. 5 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述超細(xì)無機(jī)粉末為氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鎂、氧化鈰中的一種；超細(xì)無機(jī)粉末的粒徑為 0. 2 μ m 3 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述粘合劑為水性 PTFE、PVDF、丙烯酸酯、纖維素中的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高溫微孔薄膜材料，其特征在于所述原料按重量比計(jì)，無機(jī)纖維30 % 35 %，合成纖維40 % 50 %，天然有機(jī)纖維10 % 15 %，超細(xì)無機(jī)粉末5% 8%，粘合劑2% 10%。
10.權(quán)利要求1所述的耐高溫微孔薄膜材料在鋰離子動(dòng)力電池隔膜、超級(jí)電容器隔膜或過濾材料中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐高溫微孔薄膜材料，是由無機(jī)纖維、合成纖維、天然有機(jī)纖維、納米無機(jī)粉末和粘合劑，通過濕法造紙結(jié)合涂布技術(shù)一次成型的非織造布材料，呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有90％以上的孔隙率。所述耐高溫微孔薄膜材料，具有突出的耐高溫性能，在260℃時(shí)長時(shí)間保持優(yōu)異的尺寸及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；具有優(yōu)異的吸液和保液能力、均勻性良好的三維立體孔，平均孔徑在0.02μm～2.5μm。該種耐高溫微孔薄膜材料可用作鋰離子動(dòng)力電池隔膜、超級(jí)電容器隔膜或用作過濾材料。
文檔編號(hào)H01M2/16GK102522514SQ201110433400
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者徐繼亮, 方開東 申請(qǐng)人:萊州聯(lián)友金浩新型材料有限公司