CN103311485A

CN103311485A - 锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法

Info

Publication number: CN103311485A
Application number: CN2013101631139A
Authority: CN
Inventors: 刘登科
Original assignee: BEIJING DINGNENG KAIYUAN BATTERY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shanxi Dingneng Qiyuan New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-05-06
Also published as: CN103311485B

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，该方法包括步骤：S1将介孔陶瓷材料进行表面偶联处理；S2将有机溶剂与粘结剂混合制成胶液；S3将胶液和经过偶联处理的陶瓷材料进行混合，制成浆料;S4将浆料均匀地形成到隔膜上，进行烘干，形成经过表面陶瓷化处理的锂离子电池隔膜。采用本发明具有陶瓷隔离层的隔膜，有效隔离了锂离子电池中的正负极，在高电位、高温及外界的强烈冲击下，即使隔膜变形或破损，陶瓷层依然能起到有效的隔离作用，大大提高了锂离子电池体系的安全性；并且不需要添加新的设备，成本低廉。

Description

锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法。

背景技术

锂离子电池具有良好的稳定性、较大的体积和重量比能量，已经在多个领域得到了广泛的应用。但是锂离子电池的安全性始终是行业内着重关注的问题。由于锂离子电池不能像铅酸电池、镍镉电池等水系电池那样有分解/复合机制（即过充电时产生的氢气和氧气可以再结合成水），电压会持续升高，造成电解液和隔膜的氧化。特别地，电池放电时产生的高温会导致隔膜收缩、破裂，造成正负极短路，从而使锂离子电池起火、燃烧或爆炸，产生安全问题。

隔膜对安全性的影响引起了很多研究者的关注。发展了很多的技术，例如三层隔膜技术、微孔高温热熔封闭技术、表面涂胶技术、表面复合陶瓷技术等，以增强安全性。但以上的技术都各有优缺点。例如，涂胶会降低隔膜的吸液量和电导率，一般方法（如热压）复合的陶瓷颗粒会脱落。一般的聚乙烯隔膜在85℃即会发生收缩，110℃即可发生显著变形，稍有不慎即会造成电池的内短路而引发安全事故。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种锂离子电池隔膜，使其能够有效的隔离锂离子电池中的正负极，在高电位、高温及外界的强烈冲击下，即使隔膜变形或破损，依然能起到有效的隔离作用，从而提高锂离子电池体系的安全性，并且不需要添加新的设备，成本低廉。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，该方法包括步骤：

S1将介孔陶瓷材料进行表面偶联处理；

S2将有机溶剂与粘结剂混合制成胶液；

S3将胶液和经过偶联处理的陶瓷材料进行混合，制成浆料;

S4将浆料均匀地形成到隔膜上，进行烘干，形成经过表面陶瓷化处理的锂离子电池隔膜。

优选的，所述介孔陶瓷材料包括：氧化铝、氧化锆、二氧化硅、氮化硼材料中的一种或多种。

优选的，所述步骤S1的表面偶联处理方法为：将介孔陶瓷材料粉末与有机硅乳液进行均匀混合，在100～200℃下烘干2～30小时。

优选的，所述有机硅乳液浓度为0.1～5%，介孔陶瓷材料粉末与有机硅乳液重量比为1：1～10。

优选的，所述步骤S2中胶液的固体物质含量为1～20%。

优选的，所述有机溶剂为无水乙醇、无水甲醇或N-甲基吡咯烷酮。

优选的，所述粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚偏氟乙烯。

优选的，所述步骤S3中浆料的粘度为1000～5000mPa/S，其中的固体物质含量为10～50%。

优选的，所述步骤S4通过涂布设备将浆料均匀地涂敷到隔膜上，隔膜厚度为5-30μm。

优选的，所述步骤S4的烘干温度为65～80℃，烘干时间为0.5～2小时。

（三）有益效果

采用本发明具有陶瓷隔离层的隔膜，有效隔离了锂离子电池中的正负极，在高电位、高温及外界的强烈冲击下，即使隔膜变形或破损，陶瓷层依然能起到有效的隔离作用，大大提高了锂离子电池体系的安全性；并且不需要添加新的设备，成本低廉。

附图说明

图1是本发明实施例锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例采用的陶瓷为介孔陶瓷粉末。根据国际应用化学协会(IUPAC)的定义，孔径小于2纳米的称为微孔；孔径大于50纳米的称为大孔；孔径在2到50纳米之间的称为介孔。介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大比表面积和三维孔道结构的新型材料。它具有其它多孔材料所不具有的优异特性：具有高度有序的孔道结构；孔径单一分布，且孔径尺寸可在较宽范围变化；介孔形状多样，孔壁组成和性质可调控；通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性。在锂离子电池体系中，介孔是有效的储存和输运、传导锂离子的通道。孔径太小不能通过锂离子，孔径太大时材料的比表面积低，反应活性差。因此，采用介孔陶瓷具有更好的使用效果。

锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法的具体步骤为：

1、首先将平均粒径0.1～5μm的介孔陶瓷材料进行表面偶联处理，以增强其与粘结剂的结合强度。具体方法是：将陶瓷粉体与0.1～5%浓度的有机硅乳液进行混合，陶瓷粉体与有机硅乳液的比例为1：1～10（重量比），混合均匀后，将体系在100～200℃烘干2～30小时。

2、将有机溶剂与粘结剂混合，将粘结剂材料溶解后，制备成稳定的胶液，胶液中的固体物质含量为1～20%。

3、将胶液和经过偶联处理的陶瓷进行混合，经高速分散制成浆料，浆料的粘度控制在1000～5000mPa/S，其中的固体物质含量为10～50%。

4、将浆料均匀地通过涂布设备涂敷到隔膜上，形成5-30μm厚度的隔膜层。

5、将涂布后的隔膜通过烘箱，在65～80℃温度烘干0.5～2小时，形成涂覆好的隔膜。

6、如果需要两面涂覆，重复3，4，5步骤。

7、将隔膜收卷，得到本发明所述的经过表面陶瓷化处理的锂离子电池隔膜。

本发明实施例中，有机溶剂选用无水乙醇，无水甲醇，N-甲基吡咯烷酮（NMP）等。粘结剂选用聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚偏氟乙烯（PVDF）等，选择相应可溶解的对应溶剂。介孔陶瓷材料选用氧化铝、氧化锆、二氧化硅、氮化硼等具有高绝缘性和高稳定性的材料中的一种或多种。

本发明实施例中，溶剂挥发需要加热，但因为隔膜不能承受高温，因此溶剂必须选用低沸点的有机溶解体系。粘结剂选用可以溶解于以上有机溶剂、并能耐锂离子电池电解液浸泡的稳定物质。

实施例1

首先将99g无水乙醇与1g聚乙烯醇缩丁醛混合，溶解后制备成稳定的胶液，此时胶液固含量1%。将10g平均粒径5μm的介孔γ-氧化铝与10g的5%浓度的有机硅乳液混合。混合均匀后在100℃烘干30小时。将100g胶液和10g经过偶联处理的陶瓷进行混合，经高速分散制成浆料。浆料的粘度控制在500mPa.S，其中的固体物质含量为10%。将浆料均匀地通过涂布设备涂敷到隔膜上，形成5μm厚度的隔膜层。将涂布后的隔膜通过烘箱，在65℃温度烘干2小时，形成涂覆好的隔膜。将隔膜收卷，得到本发明所述的单层经过表面陶瓷化处理的锂离子电池隔膜。

实施例2

首先将80Kg NMP与20Kg的PVDF混合，溶解后制备成稳定的胶液。此时固含量20%。将60Kg平均粒径5μm的介孔氮化硼陶瓷材料与600Kg的0.1%浓度的有机硅乳液混合。混合均匀后在200℃烘干2小时，得到60.6Kg的偶联处理后的陶瓷粉。取100Kg胶液和60Kg经过偶联处理的陶瓷进行混合，经高速分散制成浆料。浆料的粘度控制在5000mPa.S，其中的固体物质含量为50%。将浆料均匀地通过涂布设备涂敷到隔膜上，形成30μm厚度的隔膜层。将涂布后的隔膜通过烘箱，在80℃温度烘干0.5小时，形成涂覆好的隔膜。将隔膜收卷，得到本发明所述的单层经过表面陶瓷化处理的锂离子电池隔膜。

实施例3

首先将有机溶剂900g无水乙醇与100g聚乙烯醇混合，溶解后制备成固含量为10%的胶液。将199.6g平均粒径1μm的介孔氧化锆与40g的1%浓度的有机硅乳液混合。混合均匀后在150℃烘干8小时，得到200g经过偶联处理得陶瓷粉。将1000g胶液和200g经过偶联处理的陶瓷进行混合，经高速分散制成浆料。浆料的粘度控制在3000mPa.S，其中的固体物质含量为25%。将浆料均匀地通过涂布设备涂敷到隔膜上，形成3μm厚度的隔膜层。将涂布后的隔膜通过烘箱，在75℃温度烘干1.5小时，形成涂覆好的隔膜。重复涂布另一面，并烘干，得到本发明所述的两面经过表面陶瓷化处理的锂离子电池隔膜。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，其特征在于，该方法包括步骤：

S1将介孔陶瓷材料进行表面偶联处理；

S2将有机溶剂与粘结剂混合制成胶液；

S3将胶液和经过偶联处理的陶瓷材料进行混合，制成浆料;

2.权利要求1所述的锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，其特征在于，所述介孔陶瓷材料包括：氧化铝、氧化锆、二氧化硅、氮化硼材料中的一种或多种。

3.权利要求1所述的锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，其特征在于，所述步骤S1的表面偶联处理方法为：将介孔陶瓷材料粉末与有机硅乳液进行均匀混合，在100～200℃下烘干2～30小时。

4.权利要求3所述的锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，其特征在于，所述有机硅乳液浓度为0.1～5%，介孔陶瓷材料粉末与有机硅乳液重量比为1：1～10。

5.权利要求1所述的锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，其特征在于，所述步骤S2中胶液的固体物质含量为1～20%。

6.权利要求1所述的锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，其特征在于，所述有机溶剂为无水乙醇、无水甲醇或N-甲基吡咯烷酮。

7.权利要求1所述的锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，其特征在于，所述粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚偏氟乙烯。

8.权利要求1所述的锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，其特征在于，所述步骤S3中浆料的粘度为1000～5000mPa/S，其中的固体物质含量为10～50%。

9.权利要求1所述的锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，其特征在于，所述步骤S4通过涂布设备将浆料均匀地涂敷到隔膜上，隔膜厚度为5-30μm。

10.权利要求1所述的锂离子电池隔膜表面陶瓷化的方法，其特征在于，所述步骤S4的烘干温度为65～80℃，烘干时间为0.5～2小时。