CN111063851B - 一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法 - Google Patents

一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种万能图案分布式涂胶隔膜的制备方法，包括以下步骤：S1、制备基膜；S2、在所述基膜的膜面进行预设图案的等离子表面处理；S3、采用浆料涂覆所述基膜，其中所述浆料的表面张力介于基膜上未经等离子表面处理位置处和经过等离子表面处理位置处的表面能区间，且所述浆料仅能粘附于所述基膜上经过等离子表面处理位置处，得到所述涂胶隔膜。本发明可对隔膜进行定制化图案的浆料涂覆，且浆料与基膜粘结紧密；同时图案分布均匀，保证了浆料涂覆的一致性，增强了锂电池的使用寿命。

Description

一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法
技术领域
本发明属于电池隔膜领域，具体涉及一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法。
背景技术
锂离子电池由于具有高比能量、长循环寿命、环境友好等优点，已广泛应用于多个领域中。锂离子电池的结构中，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。为提高隔膜的安全性和热稳定性等，需在隔膜表面涂覆一层浆料，而采用传统的涂布或辊涂方式会导致涂布不均匀，且随着时间推移难以控制和维持粘度，导致隔膜和锂电池性能受到影响。
中国专利CN109155383A公开了一种用于二次电池隔膜的油墨组合物、包含该油墨组合物的二次电池隔膜及其制备方法，所述油墨组合物包含：粘合剂；水；在20℃下的表面能为30mN/m以下的第一溶剂；以及在20℃下的蒸气压为2kPa以下的第二溶剂，其中，所述第一溶剂和所述第二溶剂彼此不同，采用该方案可使油墨组合物均匀涂覆于基底上，然而由于基底整体的表面能一致，因此仅适用于整体涂覆，而在涂覆特殊图案时易导致图案不均一、不一致，从而影响锂电池的性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，可对隔膜进行定制化图案的涂覆，保证了涂覆图案的一致性以及浆料与基膜的紧密粘结。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备基膜；
S2、在所述基膜的膜面进行预设图案的等离子表面处理；
S3、采用浆料涂覆所述基膜，其中所述浆料的表面张力介于基膜上未经等离子表面处理位置处和经过等离子表面处理位置处的表面能区间，且所述浆料仅能粘附于所述基膜上经过等离子表面处理位置处，得到所述涂胶隔膜。
根据预设图案调整等离子表面处理装置的参数设置，然后用等离子表面处理装置对基膜的膜面进行处理，基膜上经过等离子表面处理位置处的表面能高于基膜上未经过等离子表面处理位置处的表面能，然后配制浆料，通过调节浆料中润湿剂的配比，使浆料的表面张力介于经过等离子表面处理位置处的表面能和未经过等离子表面处理位置处的表面能区间。而只有当浆料的表面张力小于基膜的表面能时才可粘附于基膜上，因此浆料只能粘附于基膜上经过等离子表面处理的位置处，保证浆料的涂覆形状与预设图案相同；即实现了对基膜进行定制化图案的涂覆，并且定制化图案的浆料与基膜粘结紧密。
优选地，未经等离子表面处理位置处的表面能、所述浆料的表面张力和经过等离子表面处理位置处的表面能的比值为1：1.2～1.5：2～2.5。
优选地，所述浆料的表面张力为40mN/m。
优选地，所述基膜由聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种制成。
优选地，所述浆料的涂覆厚度为0.1～50μm。其中浆料的涂覆厚度过厚会影响电解质离子的通过，从而影响锂电池的性能，而当浆料的涂覆厚度过薄时会导致浆料粘结性差从而无法发挥浆料的作用，影响了隔膜的热稳定性、安全性等性能。
优选地，所述浆料的涂覆厚度为0.5～10μm。
优选地，所述预设图案为圆形、方形、菱形、五角星形、三角形中的任一种，且所述预设图案在所述基膜上均匀分布。即预设图案为规则性图案，并且预设图案在基膜膜面上规则分布可保证浆料涂覆的一致性，避免不一致性导致的内阻增大等影响电池的寿命。
优选地，所述预设图案的各中心点距离为0.1～10μm。预设图案之间等距离分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)通过对基膜进行等离子表面处理并调节浆料的表面张力，使浆料只能粘附于基膜上经过等离子表面处理的位置处，从而对隔膜进行定制化图案的浆料涂覆，并且浆料与基膜粘结紧密。
(2)定制化图案分布均匀，保证了浆料涂覆的一致性，增强了锂电池的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1中图案分布式涂胶隔膜的示意图；
图2为本发明实施例2中图案分布式涂胶隔膜的示意图；
图3为本发明实施例3中图案分布式涂胶隔膜的示意图；
图中：1、浆料；2、基膜。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，首先制备12μm的PE基膜；然后预设图案为圆形，调整等离子表面处理装置的参数设置使等离子表面处理的形状为圆形，然后用该装置对PE基膜进行表面处理，使预设图案均匀分布，且预设图案的中心点距离为5μm。利用表面能测量仪分别测定经过等离子表面处理位置处和未经过等离子表面处理位置处的表面能，其中经过等离子表面处理位置处的表面能为60mN/m，而未经过等离子表面处理位置处的表面能为30mN/m。同时配制浆料，所述浆料包括以下配比的组分：PVDF：丙烯酸酯胶粘剂：柠檬酸三铵分散剂：润湿剂烷基磺酸钠：防沉剂聚烯烃蜡：水＝1：0.05：0.01：0.015：0.01：8.0，利用表面能测量仪测量出上述浆料的表面张力为40mN/m。使用该浆料PE基膜的膜面进行涂覆，涂覆厚度为5μm。
涂覆过程中发现仅有进行了等离子表面处理位置处可被涂覆上所述浆料，而未经过等离子表面处理位置处无法粘附上所述浆料。最后将PE膜放入烤箱中进行烘烤收卷，即可得到如附图1所示的具有规则圆形图案排列的涂胶隔膜。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：如附图2所示，(1)预设图案为长方形；(2)所述浆料的组分和配比为：PVDF：丙烯酸酯胶粘剂：柠檬酸三铵分散剂：润湿剂烷基磺酸钠：防沉剂聚烯烃蜡：水＝1：0.05：0.01：0.01：0.01：8.0，利用表面能测量仪测量出浆料的表面张力为36mN/m；(3)所述浆料的涂覆厚度为10μm。
涂覆过程中发现仅有经过等离子表面处理位置处可被涂覆上所述浆料，而未经过等离子表面处理位置处无法粘附上所述浆料。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：如附图3所示，(1)预设图案为五角星形；(2)所述浆料的组分和配比为：PVDF：CNT：丙烯酸酯胶粘剂：柠檬酸三铵分散剂：润湿剂烷基磺酸钠：防沉剂聚烯烃蜡：水＝1：1：0.05：0.01：0.02：0.01：8.0，其中CNT可提高电池的充放电性能，提高电池能量密度，利用表面能测量仪测量出浆料的表面张力为45mN/m；(3)所述浆料的涂覆厚度为0.5μm。
涂覆过程中发现仅有经过等离子表面处理位置处可被涂覆上所述浆料，而未经过等离子表面处理位置处无法粘附上所述浆料。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：(1)所述浆料包括以下配比的组分：PVDF：丙烯酸酯胶粘剂：柠檬酸三铵分散剂：润湿剂烷基磺酸钠：防沉剂聚烯烃蜡：水＝1：0.05：0.01：0.005：0.01：8.0，利用表面能测量仪测量出上述浆料的表面张力为32mN/m；(2)所述浆料的涂覆厚度为0.1μm。
涂覆过程中发现仅有经过等离子表面处理位置处可被涂覆上所述浆料，而未经过等离子表面处理位置处无法粘附上所述浆料。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：所述浆料包括以下配比的组分：PVDF：丙烯酸酯胶粘剂：柠檬酸三铵分散剂：润湿剂烷基磺酸钠：防沉剂聚烯烃蜡：水＝1：0.05：0.01：0.025：0.01：8.0，利用表面能测量仪测量出上述浆料的表面张力为50mN/m。(2)所述浆料的涂覆厚度为50μm。
涂覆过程中发现仅有经过等离子表面处理位置处可被涂覆上所述浆料，而未经过等离子表面处理位置处无法粘附上所述浆料。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于：所述浆料的涂覆厚度为70μm。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于：所述浆料的涂覆厚度为0.05μm。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于：所述浆料包括以下配比的组分：PVDF：丙烯酸酯胶粘剂：柠檬酸三铵分散剂：润湿剂烷基磺酸钠：防沉剂聚烯烃蜡：水＝1：0.05：0.01：0.002：0.01：8.0，利用表面能测量仪测量出上述浆料的表面张力为28mN/m。即浆料的表面张力小于未经过等离子表面处理位置处的表面能。
涂覆过程中发现经过等离子表面处理位置处和未经过等离子表面处理位置处均可被涂覆上所述浆料，即无法实现对隔膜进行定制化图案的涂覆。
对比例4
本对比例与实施例1的不同之处在于：所述浆料包括以下配比的组分：PVDF：丙烯酸酯胶粘剂：柠檬酸三铵分散剂：润湿剂烷基磺酸钠：防沉剂聚烯烃蜡：水＝1：0.05：0.01：0.04：0.01：8.0，利用表面能测量仪测量出上述浆料的表面张力为65mN/m。即浆料的表面张力均大于经过等离子表面处理位置处和未经过等离子表面处理位置处的表面能。
涂覆过程中发现经过等离子表面处理位置处和未经过等离子表面处理位置处均无法被涂覆上所述浆料，即浆料无法粘附于基膜上。
实验例
分别测定实施例1-5和对比例1-2得到的隔膜的锂离子电导率、锂离子迁移数以及浆料与基膜之间的剥离强度。结果如表1所示。
表1隔膜性能测试结果
锂离子电导率(S/cm) 锂离子迁移数 剥离强度(N/m)
实施例1 2.00×10<sup>4</sup> 0.85 380
实施例2 0.5×10<sup>4</sup> 0.62 340
实施例3 2.08×10<sup>4</sup> 0.84 350
实施例4 2.05×10<sup>4</sup> 0.83 250
实施例5 0.52×10<sup>3</sup> 0.51 300
对比例1 2.31×10<sup>2</sup> 0.33 350
对比例2 2.11×10<sup>4</sup> 0.85 150
由表1可知，当浆料的涂覆厚度大于50μm时，隔膜的锂离子电导率和锂离子迁移数显著降低，即锂电池的性能显著下降。而当浆料的涂覆厚度小于0.1μm时，不仅涂覆过程的操作难度大，而且会使浆料与隔膜的间的剥离强度显著降低，即浆料的粘接性能显著降低。
将实施例1与实施例2-5进行比较可发现，当浆料的涂覆厚度大于5μm时，随着涂覆厚度的增加，隔膜的锂离子电导率和锂离子迁移数降低，而当浆料的涂覆厚度小于5μm时，虽然隔膜的锂离子电导率和锂离子迁移数不会受到影响，但随着涂覆厚度的降低，浆料与基膜之间的剥离强度逐渐降低。因此浆料的涂覆厚度优选为0.5～10μm，最优的涂覆厚度为5μm。
将实施例1-3和实施例4-5进行比较可以发现，当浆料的表面张力小于未经等离子表面处理位置处的表面能的1.2倍或浆料的表面张力大于未经等离子表面处理位置处的表面能的1.5倍时，浆料与基膜的剥离强度均降低。而将实施例1与对比例3-4进行比较发现当浆料的表面张力小于未经过等离子表面处理位置处的表面能时，无法实现对隔膜进行定制化图案的涂覆，而当浆料的表面张力均大于经过等离子表面处理位置处和未经过等离子表面处理位置处的表面能时，浆料无法粘附于基膜上。综上，当未经等离子表面处理位置处的表面能、所述浆料的表面张力和经过等离子表面处理位置处的表面能的比值为1：1.2～1.5：2时，浆料与基膜之间粘结紧密，而当浆料的表面张力为40mN/m，即未经等离子表面处理位置处的表面能、所述浆料的表面张力和经过等离子表面处理位置处的表面能的比值为1：1.33：2时，浆料和基膜之间具有最优的粘结性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备基膜；
S2、在所述基膜的膜面进行预设图案的等离子表面处理；
S3、采用浆料涂覆所述基膜，其中所述浆料的表面张力介于基膜上未经等离子表面处理位置处和经过等离子表面处理位置处的表面能区间，且所述浆料仅能粘附于所述基膜上经过等离子表面处理位置处，得到所述涂胶隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，未经等离子表面处理位置处的表面能、所述浆料的表面张力和经过等离子表面处理位置处的表面能的比值为1：1.2～1.5：2～2.5。
3.根据权利要求1所述的一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，所述浆料的表面张力为40 mN/m。
4.根据权利要求1所述的一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，所述基膜由聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种制成。
5.根据权利要求1所述的一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，所述浆料的涂覆厚度为0.1～50μm。
6.根据权利要求5所述的一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，所述浆料的涂覆厚度为0.5～10μm。
7.根据权利要求1所述的一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，所述预设图案为圆形、方形、菱形、五角星形、三角形中的任一种，且所述预设图案在所述基膜上均匀分布。
8.根据权利要求6所述的一种图案分布式涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，所述预设图案的各中心点距离为0.1～10μm。
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