[发明专利]一种多孔电池隔膜材料及其制造方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及多孔电池隔膜材料制备技术领域，特别涉及一种多孔电池隔膜材料及其制造方法与应用。

背景技术

伴随着IT电子产业、新能源汽车、储能产业的快速发展，二次电源正呈蓬勃的发展趋势。电池隔膜作为二次电源的关键材料之一，其作用愈发重要，因此电池隔膜材料的制造也引起人们越来越重视。

目前二次电池隔膜材料制造方法主要包括相转化法、溶出法、拉伸法、纤维干法梳理、纤维湿法造纸成型等，其中相转化法、溶出法、拉伸法主要用来制造锂离子电池隔膜，这类电池隔膜呈二维结构，耐温性差与热收缩大、安全性差、孔隙率低、电解液浸透性差等缺陷，在确保锂离子电池安全性和使用寿命方面存在着自身的缺陷。干法梳理成型主要用来制造碱性二次电池隔膜，这类电池隔膜存在纤维分散差、分布不均匀，无法满足动力型、高容量、高倍率碱性电池的使用要求，易造成电池一致性差、短路率高等问题。采用湿法造纸技术生产多孔电池隔膜材料，这类方法生产的隔膜材料非常好的满足碱性电池、锂离子电池、超级电容器、高温绝缘电子元件及高温过滤的应用要求，但是由于材料选择等问题，虽然目前有采用湿法造纸技术生产多孔电池隔膜材料，多是采用单网单层成型，然后多层复合，或采用双网双层成型，这样会造成设备投资、综合生产成本偏高等诸多问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足和缺点，提供一种工艺简单、合理、设备投资低、综合生产成本低的多孔电池隔膜材料的制造方法。

本发明另一目的在于提供一种由上述方法制造的多孔电池隔膜材料。

本发明再一目的在于提供以上述多孔电池隔膜材料，经过如磺化处理、接枝处理、高温压制及涂布处理等方式处理后，可以作为碱性电池隔膜、锂离子电池隔膜、超级电容器隔膜、高温绝缘膜及高温过滤材料进行广泛应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种多孔电池隔膜材料的制造方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)选用纤维直径为3μm～15μm“米”字型或“十”字型双组分复合纤维、和/或单组分合成纤维，采用圆盘式纤维切断机将其切成长度为2mm～15mm的短纤维备用；

(2)将切割好的短纤维和/或纤维素纤维和/或无机纤维经打浆疏解处理，制备成高浓度纤维浆料，以水为分散介质，烷基磺酸盐为分散剂；

(3)采用中心布浆器水力式单网双层斜网成型；

(4)脱水压榨后，在130℃～220℃热风空气中烘干制成多孔电池隔膜材料。

其中所述“米”字型或“十”字型双组分复合纤维为PP/PE、PET/PP、PA/PP、PET/PA等纤维中的一种或两种以上；所述单组分合成纤维为聚丙烯纤维、聚酯纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维中的一种或两种以上；所述纤维素纤维为纳米级纤维素纤维；所述无机纤维为氧化锆纤维、氧化铝纤维、氧化镁纤维中的一种或两种以上。

以质量分数计，其中双组分复合纤维为10％～100％；单组分合成纤维为0～100％；纤维素纤维为0～100％；无机纤维为0～25％。

由上述制造方法得到的多孔电池隔膜材料，经过如磺化处理、接枝处理、高温压制及涂布处理等方式处理后，可以作为碱性电池隔膜、锂离子电池隔膜、超级电容器隔膜、高温绝缘膜及高温过滤材料进行广泛应用。

本发明具有如下有益效果：

(1)采用本发明制造的多孔电池隔膜材料，具有优异的化学稳定性及非常大的比表面积，因为本发明采用的纤维材料中有双组分复合纤维，利用纤维中的低熔点部分进行纤维间粘连，制造过程中无粘合剂添加，而且又由于双组分复合纤维的结构为“米”字型或“十”字型，这样大大减少了纤维间粘连点的面积。

(2)采用本发明制造的多孔电池隔膜材料，其具有均匀的孔分布，且孔结构呈三维网状，因为本发明采用单网双层斜网成型的先进湿法造纸技术，又由于纤维为经过疏解处理的短纤维，有效的保证了纤维的均匀性分散、交叉分布，有效的保证了孔的均匀性及三维网状结构，并且有效提高了多孔电池隔膜材料的强度，这样克服了目前制造锂离子电池隔膜的低保液率、低孔率、高短路率等致命的缺点，有效的提高了锂离子电池的安全性和循环性能。

(3)采用本发明制造的多孔电池隔膜材料，具有优异的耐高温性能，这是因为本发明材料构成中含有聚酯成分纤维、纤维素纤维或无机纤维，这些纤维起了骨架支撑作用，因此制得的多孔电池隔膜材料制造的电池隔膜相比其他方法具有良好的耐高温性能，在保证电池的高温安全性能方面具有明显的优势。

附图说明

图1为本发明制得的用于制备碱性电池隔膜的多孔电池隔膜材料结构图。