一种隔膜及其制备方法和电池与流程

本发明属于电池，进一步属于隔膜制造，具体涉及一种隔膜及其制备方法和电池。

背景技术：

1、电池中通常包括正极极片、负极极片以及位于正极极片和负极极片之间的隔膜，隔膜作为电池中的关键组件之一，其耐热性能对电池的安全性能等有着重要影响，当前普遍通过陶瓷涂布来提升隔膜的耐热性能，受多孔基膜的影响，陶瓷涂布技术仅能有限提高隔膜的耐热性能，常规陶瓷涂布仅能改善隔膜在120℃下的热收缩，更高耐热要求，需要配陶瓷粒径和粘结胶水进行特殊的选型配比，这会额外带来成本以及隔膜水分超标的问题。基于基膜的研究也一直在进行，高熔点的pi(聚酰亚胺)基膜是研究热点，但限于成型加工以及造孔技术的壁垒，目前并没有大规模的量产。传统技术通过简单的陶瓷层来提高隔膜的热安全性能，对基膜不进行处理或仅进行较低温度的烫平处理，不能有效的提高隔膜的耐热性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的缺点与不足，提供一种隔膜及其制备方法和电池。本发明对基膜在涂覆前进行高温处理，在不影响基膜性能的情况下，使其预收缩，释放基膜制备热定型工艺的内应力。所制备出来的涂布膜较常规涂布膜表现出良好的耐热性能，可有效提高电芯制备高温除水工艺的温度以及效率，并降低烘烤短路率。

2、本发明的目的可以通过以下方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种隔膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、s1、对基膜进行加热处理，使基膜预收缩得到收缩后基膜；所述加热处理的温度为100-120℃。具体的温度可以为100℃、105℃、110℃、115℃或120℃。

5、s2、所述收缩后基膜冷却后得到隔膜。

6、在本方案中，步骤s1中，所述加热处理的温度为100-120℃。超过120℃基膜会过度收缩，导致基膜有被烫伤甚至撕裂断膜的风险，且得到的隔膜的阻抗、透气值等物性会发生改变，影响产品性能；温度低于100℃，则预热效果不达预期，起不到预收缩的效果。

7、特别说明的是，本技术中的基膜是已成型的多孔材料，其可以是经过对基材进行熔融和挤出形成膜片，对膜片进行拉伸、松弛、热定型等处理后得到的多孔材料，也可以是通过湿法制得的多孔材料，也可以是其他制备方法，其通常可以直接用作隔膜，或可在其上涂布陶瓷浆料等后作为隔膜，本技术在此不做限制。

8、作为本发明的一个实施方案，优选的，步骤s1中，所述加热处理的温度为100-110℃。

9、作为本发明的一个实施方案，步骤s1中，所述加热处理的时间为1-3s。具体的加热处理时间可以为1s、2s或3s。在本方案中，时间长于3s基膜会过度收缩，导致基膜被烫伤甚至撕裂断膜的风险，且得到的隔膜的阻抗、透气值等物性会发生改变，影响产品性能；时间低于1s，则预热效果不达预期，起不到预收缩的效果。

10、作为本发明的一个实施方案，步骤s1中，在对基膜进行加热处理的同时，对基膜施加张力。具体的可通过将基膜过辊对基膜施加张力，通过在对基膜加热的同时施加一定的张力，避免基膜在加热处理的时候过度收缩，从而影响隔膜的性能。

11、作为本发明的一个实施方案，所述张力的大小为10-20n。张力具体可以为10n、15n、20n。若张力过大，则会导致基膜在加热处理的时候无法实现预收缩，若张力过小，则起不到有效的拉伸的效果，基膜可能过度收缩，从而导致隔膜性能的下降。优选的，所述张力为隔膜长度方向的张力。

12、作为本发明的一个实施方案，步骤s1中，所述收缩后基膜的孔隙率与基膜的孔隙率之差不大于1％。进一步优选的，所述孔隙率之差不大于0.5％。通过控制收缩后基膜孔隙率的变化，可以降低对隔膜的透气性、阻抗等性能的影响。

13、作为本发明的一个实施方案，步骤s1中，所述基膜的制备方法包括：将基材制备成膜片，对所述膜片进行拉伸、松弛和热定型处理，冷却后得到所述基膜。由于隔膜需要具备一定的孔隙率来实现离子的传导等，因此会对膜片进行拉伸处理，经过拉伸处理后的膜片的孔隙率通常过大，在80％左右，故会进一步进行松弛和热定型处理，使膜片的孔隙率收缩到38％左右。拉伸、松弛和热定型处理均是本领域的常规技术手段，在此不进行展平描述。本方案中对经过上述处理获得的基膜进行进一步的加热预收缩处理。

14、进一步地，所述基材包括聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)中的至少一种。基材也可以包括其他聚合物。

15、作为本发明的一个实施方案，步骤s2中，在所述收缩后基膜冷却前，在所述收缩后基膜的至少一个表面上涂布陶瓷浆料形成陶瓷层，并进行干燥处理。其中干燥处理为本领域的常规操作，可在干燥烘箱中进行干燥处理，干燥烘箱的温度为60-80℃，在此不作限定。在本方案中，在进行预收缩后，进行陶瓷浆料的涂覆，可以提高基膜的尺寸稳定性。

16、作为本发明的一个实施方案，步骤s1中，所述基膜的厚度为5-20μm，具体的厚度可以是5μm、7μm、10μm、15μm、20μm等。

17、作为本发明的一个实施方案，步骤s2中，所述陶瓷浆料包括以下重量百分比的各组分：85～92％无机物粉、1～3％增稠剂、0.5～2％润湿剂、0.5～2分散剂、6～8％粘接剂；且所述陶瓷浆料的固含量为25～35％。其中重量百分比指的是各物质的干重占比。

18、作为本发明的一个实施方案，步骤s2中，所述无机物粉选自氧化铝(三氧化二铝)、氧化钛、氧化钽、氧化硅、氧化硼、氧化镓、勃姆石中的一种或多种。

19、作为本发明的一个实施方案，步骤s2中，所述润湿剂选自聚醚改性有机硅类、多元醇类中的至少一种。

20、进一步地，所述润湿剂选自非离子型聚醚改性硅氧烷，阴离子聚醚改性硅氧、阳离子型聚醚改性硅氧烷、乙二醇、丙二醇、丙三醇、异丙醇、季戊四醇中的至少一种。

21、作为本发明的一个实施方案，步骤s2中，所述增稠剂选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基纤维素中的至少一种。

22、作为本发明的一个实施方案，步骤s2中，所述粘接剂选自聚丙烯酸、聚氨酯丙烯酸酯、聚丙烯酸酯共聚乳液、聚丙烯酰胺、聚乙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚羧酸、丁苯橡胶、聚氨酯中的至少一种。

23、作为本发明的一个实施方案，步骤s2中，所述分散剂选自丙烯酸盐类、偏磷酸盐类、聚乙烯醇及其衍生物的一种或者多种混合物。

24、进一步地，所述分散剂选自聚甲基丙烯酸盐、六偏磷酸钠、聚乙烯醇中的至少一种。

25、作为本发明的一个实施方案，步骤s2中，隔膜中形成的陶瓷层厚度为1-4μm，具体的，可以是1μm、2μm、3μm、4μm。

26、第二方面，本发明提供一种如上述制备方法得到的隔膜。

27、第三方面，本发明提供一种电池，包括如上述的隔膜。

28、作为本发明的一个实施方案，所述电池包括隔膜、正极片、负极片。本发明将正极片、隔膜和负极片叠成或卷绕成初始电芯，隔离膜位于相邻的正极片和负极片之间，对初始电芯进行热压、烘烤后获得电芯，将所述电芯置于外壳中，注入电解液，经封装、化成等工序，制成电池。将电芯置于外壳中后的工序均为常规技术手段，在此不展开介绍。

29、作为本发明的一个实施方案，所述正极片包括正极集流体和涂覆于正极集流体至少一面的正极活性物质层。

30、作为本发明的一个实施方案，所述正极集流体为铝箔或正极复合集流体，所述正极复合集流体为绝缘基膜的两侧表面上镀铝而形成。

31、作为本发明的一个实施方案，所述正极活性物质层包括正极活性物质、正极导电材料、正极粘接剂，所述正极活性物质、正极导电材料、正极粘接剂的质量比为92～96：2～4：2～4。

32、本发明中，将正极活性物质、正极导电材料、正极粘接剂按质量比混合均匀制成正极浆料，将正极浆料涂布在正极集流体上，然后在100～120℃下烘干后进行冷压、模切，制成正极片。

33、作为本发明的一个实施方案，所述正极活性物质包括lifepo4、linixcoymnzm1-x-y-zo2中的至少一种；其中，m选自co、ni、mn、mg、cu、zn、al、sn、b、ga、cr、sr、v、ti中的至少一种，且0≤y≤1，0≤x<1，0≤z≤1，x+y+z≤1。

34、作为本发明的一个实施方案，所述正极粘接剂包括聚乙烯醇、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚偏氟乙烯中的至少一种。正极粘接剂可以提高正极活性物质颗粒彼此间的结合，并且还提高正极活性物质与正极集流体的结合。

35、作为本发明的一个实施方案，所述正极导电材料包括天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、超导碳(superp)中的至少一种。正极导电材料用于提高正极极片的导电性。

36、作为本发明的一个实施方案，所述负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体至少一表面的负极活性物质层。

37、作为本发明的一个实施方案，所述负极集流体为铜箔或负极复合集流体，所述负极复合集流体为绝缘基膜的两侧表面上镀铜而形成。

38、作为本发明的一个实施方案，所述负极活性物质层包括负极活性物质、负极导电材料、负极增稠剂、负极粘接剂，所述负极活性物质、负极电材料、负极增稠剂、负极粘接剂的质量比为95～98：0.5～1:0.5～2：1～2。

39、本发明中，将负极活性物质、负极导电材料、负极增稠剂、负极粘接剂按质量比混合均匀制成负极浆料，将负极浆料涂布在负极集流体上，然后在75～90℃下烘干后进行冷压、模切，制成负极片。

40、作为本发明的一个实施方案，所述负极活性物质包括碳、石墨、sio2中的至少一种。

41、作为本发明的一个实施方案，所述负极导电材料包括天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、超导碳(super-p)中的至少一种。

42、作为本发明的一个实施方案，所述负极增稠剂包括羧甲基纤维素钠(cmc)。

43、作为本发明的一个实施方案，所述负极粘接剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶中的至少一种。

44、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

45、1、本发明中基膜预热后涂布可有效提高其耐热性能，降低隔膜在高温时的热收缩率，降低透气度、阻抗，减少后续隔膜在高温烘烤阶段的收缩短路问题，提高高温存储剩余容量比。

46、2、本发明对基膜通过进行高温处理，在不影响基膜性能的情况下，使其预收缩，释放基膜制备热定型工艺的内应力。所制备出来的隔膜较常规隔膜表现出良好的耐热性能，降低烘烤短路率。