本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法及紡絲隔膜。

背景技術(shù)：

眾所周知，鋰離子電池從結(jié)構(gòu)上可分正負(fù)極、隔膜和電解液，隔膜主要作用是將電池正、負(fù)極隔開，防止電極接觸而發(fā)生內(nèi)部短路。隔膜決定了鋰離子電池的界面特性、內(nèi)阻、電池容量等，其性能的好壞在很大程度上影響了電池的循環(huán)壽命、充放電性能以及安全性。合格的電池隔膜，必須具備以下性質(zhì):

1、電子絕緣性，以確保正極、負(fù)極材料的物理隔開，防止電池內(nèi)部短路；

2、合適的孔徑及孔徑分布，在充、放電過程中對鋰離子有良好的透過性，以確保低電阻和高離子傳導(dǎo)率；

3、化學(xué)穩(wěn)定性，確保隔膜在使用期間不被電解液腐蝕和反應(yīng)；

4、電化學(xué)穩(wěn)定性，以維持電池的正常使用；

5、良好的電解液的浸潤性，有足夠的保液率、吸液率和離子導(dǎo)電性；

6、適當(dāng)?shù)牧W(xué)性能，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等；

7、合適的厚度，以獲得較低的內(nèi)阻；

8、良好的熱穩(wěn)定性和熱關(guān)閉性能，以確保電池使用過程中的安全性。

按照鋰離子電池隔膜的成型材料，可將其分為三大類：聚烯烴微孔膜、纖維基鋰離子電池隔膜(無紡布膜)和有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜。現(xiàn)有應(yīng)用最廣的商業(yè)用隔膜主要是以聚乙烯與聚丙烯為主的微孔聚烯烴隔膜。

由于超細(xì)纖維的優(yōu)良性能，人們對其制造方法進(jìn)行了廣泛的研究。但是，用傳統(tǒng)的紡絲方法很難紡出直徑小于500nm的纖維。相對而言，靜電紡絲技術(shù)則能夠紡出超細(xì)的纖維，直徑最小可達(dá)到1nm。與普通紡織品相比，采用靜電紡絲法制得的無紡布隔膜具有孔徑小、比表面積大、吸附力強(qiáng)、孔隙率高等特點。靜電紡絲的操作簡單、成本低、原料和產(chǎn)品具有可設(shè)計性，而且能滿足連續(xù)、大批量地生產(chǎn)納米纖維的要求。靜電紡絲法制備隔膜易于制備各種共混(有機(jī)/無機(jī))、皮芯結(jié)構(gòu)的無紡布。除了可以直接用作隔膜外，還可以用于制備凝膠型電解質(zhì)，既起到了隔膜的作用又起到了電解質(zhì)的作用。

目前在制備紡絲隔膜方面已經(jīng)做了大量的工作。cn107316966a公布了一種用于磷酸鐵鋰電池的納米靜電紡絲隔膜及其制備方法和壓浸模具，包括納米靜電紡絲基膜和網(wǎng)格狀筋。cn109449357a公布了一種由多層通過靜電紡絲獲得的纖維重疊組成的鋰電池隔膜。cn105355818a公布了一種結(jié)構(gòu)包括上層納米纖維膜層、中間層納米纖維素凝膠層和下層納米纖維膜層，利用靜電紡絲法和溶膠凝膠組合方法制備成一種包含三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合型納米纖維鋰電池隔膜。cn106099014a提供了一種纖維基鋰電池隔膜的制備方法，提高了膜的電極親和力。cn109244342a公開了一種鋰電池復(fù)合隔膜，具有耐溫性好、電解液親和性好、吸液率和保液率較高、尺寸耐熱性能好等優(yōu)點。但現(xiàn)有的方法無法實現(xiàn)隔膜厚度較薄的同時，還有良好的機(jī)械性能或其他必要性能。納米纖維之間不粘結(jié)，隔膜力學(xué)性能差，且靜電紡絲法制備的無紡布膜很少有自閉性能(鋰離子電池的自關(guān)閉效應(yīng)是指：在電池發(fā)生短路或溫度升高時，隔膜能迅速熔融遮蔽微孔達(dá)到斷電的作用。這樣可以防止電能的泄露和溫度的升高，從而避免因溫度過高而發(fā)生的危險情況)。故對靜電紡絲所制得的隔膜進(jìn)行后處理就顯得非常必要緊迫。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法及紡絲隔膜，利用靜電紡絲制備了隔膜后，通過添加熱壓助劑，在高溫實現(xiàn)軟熔和粘結(jié)，對隔膜進(jìn)行熱壓，實現(xiàn)隔膜的致密化、均勻化，并提高隔膜的拉伸強(qiáng)度。

本發(fā)明的第一目的是提供一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，至少包括：

s1、在隔膜表面噴涂熱壓助劑；

s2、對上述隔膜進(jìn)行烘干；

s3、對上述隔膜經(jīng)過多次反復(fù)折疊；

s4、采用熱輥壓法壓制上述隔膜，在預(yù)設(shè)的輥壓溫度、輥壓速度下，以預(yù)設(shè)輥壓力壓制隔膜；

s5、將上述隔膜進(jìn)行后續(xù)烘干，徹底除去水分；

s6、對上述隔膜進(jìn)行快冷處理，并進(jìn)行形狀定型。

優(yōu)選地：所述熱壓助劑為水溶性溶液，在隔膜表面通過霧化進(jìn)行噴灑熱壓助劑。

優(yōu)選地：所述熱壓助劑為聚乙烯乳液，聚乙烯乳液的水溶液濃度為0.1～5wt％，在隔膜的表面噴涂量為1～10g/m2。

優(yōu)選地：在s2中，烘干1的溫度范圍是60℃～90℃，烘干的時間為10～60秒。

優(yōu)選地：在s3中，折疊次數(shù)為2～5次。

優(yōu)選地：在s4中，采用304不銹鋼材質(zhì)的壓輥對隔膜進(jìn)行壓制，壓輥的表面拋光成鏡面，所述熱輥壓法的輥面溫度為100℃～180℃，輥壓速度為0.01～5m/min，施加于輥上的壓力為100n～4000n，輥徑為200mm～800mm。

優(yōu)選地：在s5中，采用空氣氣氛下烘干，烘干的溫度范圍是80℃～120℃，隔膜烘干時間為10～60秒。

優(yōu)選地：在s6中，采用冷凍箱或者干冰制冷，制冷溫度范圍為-40℃～-20℃，隔膜處理時間為10～300秒。

本發(fā)明的第二目的是提供一種紡絲隔膜，由上述鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法制備得到。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

通過采用上述技術(shù)方案：本發(fā)明以聚乙烯乳液作為熱壓助劑，采用熱輥壓法對隔膜進(jìn)行壓制，增強(qiáng)了纖維之間的結(jié)合力，提高了隔膜的拉伸強(qiáng)度。本發(fā)明通過多次的折疊，有效消除了隔膜表面空洞、針孔、皺褶等缺陷，實現(xiàn)了表面質(zhì)量的均勻化。同時使隔膜更加致密，力學(xué)性能更加優(yōu)良。處理之后的紡絲隔膜的抗拉強(qiáng)度提高，拉伸強(qiáng)度較未處理的樣品提高10倍以上，可用于圓柱鋰離子電芯的高速卷繞。本發(fā)明的熱壓助劑聚乙烯材料，可以在電池?zé)崾Э貢r的高溫條件下融化，堵塞隔膜的空隙，形成閉孔機(jī)制，有效提高鋰離子電池體系的安全性。

附圖說明

圖1為經(jīng)過第一實施例處理后隔膜表面的掃描電子顯微鏡照片。

具體實施方式

為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：

一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，包括：

步驟一、在隔膜表面噴涂熱壓助劑。該助劑可以在后續(xù)的高溫?zé)釅簳r軟融，冷卻后可以顯著增強(qiáng)纖維之間的粘結(jié)力，提高隔膜的拉伸強(qiáng)度。同時，該助劑可以在更高的溫度下融化，實現(xiàn)隔膜的閉孔機(jī)制。

步驟二、熱壓助劑為水溶性溶液。在隔膜表面通過霧化進(jìn)行噴灑。隔膜吸附了適當(dāng)含量的熱壓助劑物質(zhì)后，進(jìn)行烘干。

步驟三、步驟二制得的隔膜經(jīng)過多次反復(fù)折疊，實現(xiàn)均勻化，消除表面缺陷。

步驟四、采用熱輥壓法壓制隔膜，在一定輥壓溫度、輥壓速度下，以一定輥壓力壓制隔膜，減小隔膜的厚度，提高壓實密度，實現(xiàn)隔膜的致密化。

步驟五、將輥壓后的隔膜進(jìn)行后續(xù)烘干，徹底除去水分。

步驟六、最后對隔膜進(jìn)行快冷處理，以消除應(yīng)力與高溫缺陷，并進(jìn)行形狀定型。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上：

上述步驟一中所述的熱壓助劑，優(yōu)選聚乙烯乳液。本發(fā)明所使用的的聚乙烯乳液，其水溶液濃度為0.1～5wt％。在隔膜的表面噴涂量1～10g/m2。

上述步驟二中，烘干的工藝一般是采用60～90℃烘干，烘干時間為10～60秒。

上述步驟三中，折疊次數(shù)一般為2～5次。

上述步驟四中，所述的壓輥優(yōu)先選擇304不銹鋼材質(zhì)，表面拋光成鏡面。熱輥壓法的輥面溫度一般為100～180℃，輥壓速度0.01～5m/min，施加于輥上的壓力為100n～4000n，輥徑為200～800mm。

上述步驟五中所述的烘干，采用空氣氣氛下烘干，烘干的工藝一般是采用80～120℃烘干，隔膜烘干時間為10～60秒。

上述步驟六中所述的快冷處理，優(yōu)選壓縮機(jī)制冷的冷凍箱，或者干冰制冷，制冷溫度設(shè)定為-40℃～-20℃，隔膜處理時間為10～300秒。

第一優(yōu)選實施例：

一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，包括：

s101、在靜電紡絲制備的聚苯醚納米纖維鋰電隔膜上噴涂重量百分比為0.5wt％的聚乙烯乳液，在隔膜的表面噴涂量為2g/m2，噴灑均勻。

s102、將s101中已經(jīng)吸附了合適含量聚乙烯乳液的隔膜，在70℃n2氛圍下烘干50秒。

s103、將經(jīng)過烘干的隔膜反復(fù)折疊3次，以通過均勻化，消除表面缺陷。

s104、將折疊后的隔膜進(jìn)行熱輥壓處理，其中輥壓面的溫度控制在180℃，控制輥壓速度為0.8m/min，輥壓力為500n左右，輥徑400mm。

s105、將輥壓后的隔膜在80℃的空氣氛圍下進(jìn)行烘干50秒。

s106、最后在壓縮機(jī)制冷的冷卻箱中進(jìn)行快冷處理，制冷溫度設(shè)置為-40℃，冷卻200秒，干燥，室溫下靜置24h。

經(jīng)過本工藝后處理的紡絲隔膜，拉伸強(qiáng)度可達(dá)980kg/cm2(較未處理的樣品提高10倍)，抗穿刺強(qiáng)度值在359g，隔膜平均孔徑50nm，孔隙率為92％，隔膜厚度為16μm。

附圖1為經(jīng)過實施例1處理的隔膜表面的掃描電子顯微鏡照片。

第二優(yōu)選實施例：

一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，包括：

s201、在靜電紡絲制備的聚苯醚納米纖維鋰電隔膜上噴涂重量百分比為2wt％的聚乙烯乳液，在隔膜的表面噴涂量為3g/m2，噴灑均勻。

s202、將s201中已經(jīng)吸附了合適含量聚乙烯乳液的隔膜，在70℃n2氛圍下烘干50秒。

s203、將經(jīng)過烘干的隔膜反復(fù)折疊3次，以通過均勻化，消除表面缺陷。

s204、將折疊后的隔膜進(jìn)行熱輥壓處理，其中輥壓面的溫度控制在180℃，控制輥壓速度為1m/min，輥壓力為400n左右，輥徑400mm。

s205、將輥壓后的隔膜在100℃的空氣氛圍下進(jìn)行烘干50秒。

s206、最后在壓縮機(jī)制冷的冷卻箱中進(jìn)行快冷處理，制冷溫度設(shè)置為-30℃，冷卻200秒，干燥，室溫下靜置24h。

經(jīng)過本工藝后處理的紡絲隔膜，拉伸強(qiáng)度可達(dá)1120kg/cm2(較未處理的樣品提高11倍)，抗穿刺強(qiáng)度值在510g，平均孔徑55nm，孔隙率為95％，隔膜厚度為19μm。

第三優(yōu)選實施例：

一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，包括：

一種提高紡絲隔膜各項性能指標(biāo)的后處理方法，方法如下：

s301、在靜電紡絲制備的聚苯醚納米纖維鋰電隔膜上噴涂重量百分比為4wt％的聚乙烯乳液，在隔膜的表面噴涂量為4g/m2，噴灑均勻。

s302、將s301中已經(jīng)吸附了合適含量聚乙烯乳液的隔膜，在70℃n2氛圍下烘干50秒。

s303、將經(jīng)過烘干的隔膜反復(fù)折疊3次以通過均勻化，消除表面缺陷。

s304、將折疊后的隔膜進(jìn)行熱輥壓處理，其中輥壓面的溫度控制在160℃，控制輥壓速度為2m/min，輥壓力為600n左右，輥徑為400mm。

s305、將輥壓后的隔膜在120℃的空氣氛圍下進(jìn)行烘干30秒。

s306、最后在壓縮機(jī)制冷的冷卻箱中進(jìn)行快冷處理，制冷溫度設(shè)置為-20℃，冷卻100秒，干燥，室溫下靜置24h。

經(jīng)過本工藝處理的紡絲隔膜，拉伸強(qiáng)度可達(dá)1250kg/cm2(較未處理的樣品提高12倍)，抗穿刺強(qiáng)度值在496g，平均孔徑46nm，孔隙率為96.7％，隔膜厚度為15μm。

以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，其特征在于，至少包括：

s1、在隔膜表面噴涂熱壓助劑；

s2、對上述隔膜進(jìn)行烘干；

s3、對上述隔膜經(jīng)過多次反復(fù)折疊；

s4、采用熱輥壓法壓制上述隔膜，在預(yù)設(shè)的輥壓溫度、輥壓速度下，以預(yù)設(shè)輥壓力壓制隔膜；

s5、將上述隔膜進(jìn)行后續(xù)烘干，徹底除去水分；

s6、對上述隔膜進(jìn)行快冷處理，并進(jìn)行形狀定型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，其特征在于：所述熱壓助劑為水溶性溶液，在隔膜表面通過霧化進(jìn)行噴灑熱壓助劑。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，其特征在于：所述熱壓助劑為聚乙烯乳液，聚乙烯乳液的水溶液濃度為0.1～5wt％，在隔膜的表面噴涂量為1～10g/m2。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，其特征在于：在s2中，烘干1的溫度范圍是60℃～90℃，烘干的時間為10～60秒。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，其特征在于：在s3中，折疊次數(shù)為2～5次。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，其特征在于：在s4中，采用304不銹鋼材質(zhì)的壓輥對隔膜進(jìn)行壓制，壓輥的表面拋光成鏡面，所述熱輥壓法的輥面溫度為100℃～180℃，輥壓速度為0.01～5m/min，施加于輥上的壓力為100n～4000n，輥徑為200mm～800mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，其特征在于：在s5中，采用空氣氣氛下烘干，烘干的溫度范圍是80℃～120℃，隔膜烘干時間為10～60秒。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法，其特征在于：在s6中，采用冷凍箱或者干冰制冷，制冷溫度范圍為-40℃～-20℃，隔膜處理時間為10～300秒。

9.一種紡絲隔膜，其特征在于：由權(quán)利要求1-8任一項所述鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法及紡絲隔膜，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，所述鋰離子電池紡絲隔膜的后處理方法至少包括：S1、在隔膜表面噴涂熱壓助劑；S2、對上述隔膜進(jìn)行烘干；S3、對上述隔膜經(jīng)過多次反復(fù)折疊；S4、采用熱輥壓法壓制上述隔膜，在預(yù)設(shè)的輥壓溫度、輥壓速度下，以預(yù)設(shè)輥壓力壓制隔膜；S5、將上述隔膜進(jìn)行后續(xù)烘干，徹底除去水分；S6、對上述隔膜進(jìn)行快冷處理，并進(jìn)行形狀定型。本發(fā)明利用靜電紡絲制備了隔膜后，通過添加熱壓助劑，在高溫實現(xiàn)軟熔和粘結(jié)，對隔膜進(jìn)行熱壓，實現(xiàn)隔膜的致密化、均勻化，并提高隔膜的拉伸強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：吳如森

受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津謙同新能源科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.02.20

技術(shù)公布日：2021.05.11