CN104143616A - 锂离子电池的隔离膜的涂布浆料、隔离膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，由如下组分组成：纳米级三氧化二铝；羧基丁苯胶乳；氟化铝；甲基呲咯烷酮；乙烯基呲咯烷酮；碳酸二乙烯基酯；水性氟流平剂；水性偏氟分散液；缔合型增稠剂；去离子水余量。发明还提供了所述涂布浆料的制备方法。本发明锂离子电池的隔离膜的涂布浆料通过各组分以及各组分特定配比的组合，使其制备出的涂布浆料高低温耐受性强，具有高温可达250℃以及低温可达-80℃的优异性能；同时，本发明通过在制备浆料时的特殊的超声分散处理以及在基础隔膜上涂布浆料的特殊工艺，使制备出的隔离膜具有涂层分子分散性好、厚度均匀以及电性能均一的特性。

Description

锂离子电池的隔离膜的涂布浆料、隔离膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池的隔离膜的涂布浆料、隔离膜及其制备方法。
背景技术
自从20世纪90年代锂离子电池商业化使用以来，便以其比能量高、电池电压高、工作温度范围宽、储存寿命长、无记忆效应、自放电率小、可快速充放电等优点而迅速发展起来，目前，锂离子电池已经广泛应用手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品中，还作为动力型电池逐渐在电动自行车、航模、电动汽车上得到广泛使用。在锂离子电池使用过程中，能够兼顾高低温下的使用性能，一直是电池科技工作者研究的重点，通常来说，常温下性能良好的电池只能兼顾低温性能好或者高温性能良好，很难做到高低温兼顾。
目前市场上的锂电池电池所用的隔离膜普遍采用三氧化二铝和PVDF涂布形式，耐高温限度为150摄氏度，耐低温性能仅为零摄氏度左右，高低温耐受性均不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高低温耐受性强的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，本发明还提供了所述涂布浆料的制备方法。
本发明要解决的另一技术问题是提供了涂层分子分散性好、厚度均匀、电性能均一且高低温耐受性强的锂离子电池的隔离膜，本发明还提供了所述隔离膜的制备方法。
本发明提供了一种高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，由如下重量百分比的组分组成：
所述的高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，优选包括如下重量百分比的组分：
所述水性氟流平剂为氟表面活性剂杜邦FS-3100；所述水性偏氟分散液为氟素润湿流平剂杜邦FSWET1010；所述缔合型增稠剂为科莱恩增稠剂缔合型TK530。
本发明还提供了所述的高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将上述组分按照各重量百分比的比例进行混合，以80-120RPM速率进行行星式搅拌20-40分钟。
步骤二：使用高功率超声装置进行浆料分散，功率为800-1200W，超声分散时间为10分钟以上，即得到所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料。
本发明提供了一种高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜，包括中间的12-16um的基础隔膜以及分设于基础隔膜两面的利用上述的高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料制成的每层厚度均为2-2.5um的涂布浆料层。
本发明还提供了上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的制备方法，包括：基础隔膜放卷，在基础隔膜上进行微凹式双面涂布，涂布采用厂家为深圳市新嘉拓自动化技术有限公司、型号为KCDM650-9的涂布机，该涂布机采用18米气浮式烘道，温度范围0-120℃，陶瓷网纹辊微凹版逆向涂布，涂布速度25-50米/分钟，将上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料涂布在基础隔膜的两面上，将涂好涂布浆料的基础隔膜进行烘干处理，即得到高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜。
本发明锂离子电池的隔离膜的涂布浆料通过各组分以及各组分特定配比的组合，使其制备出的涂布浆料高低温耐受性强，具有高温可达250℃以及低温可达-80℃的优异性能；同时，本发明通过在制备浆料时的特殊的超声分散处理以及在基础隔膜上涂布浆料的特殊工艺，使制备出的隔离膜具有涂层分子分散性好、厚度均匀以及电性能均一的特性。
具体实施方式
本发明提供了一种高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，由如下重量百分比的组分组成：
所述氟化铝以添加剂方式涂布在隔离膜表面，让氟化铝与电解质六氟磷酸锂产生接触，利用氟化铝可大幅度破坏六氟磷酸锂结晶的特质，从而达到耐低温性能；同时氟化铝形成锂离子快速通道，帮忙锂离子通过，因此可提高电池的充放电性能；氟化铝分解温度达6000度，通过在涂料中添加3-10％，加上大比例的纳米级三氧化二铝本身较好的耐温性能，可提高被涂布物质耐温性达250摄氏度以上。
本发明还提供了所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将上述组分按照各重量百分比的比例进行混合，以80-120RPM速率进行行星式搅拌20-40分钟。
步骤二：高功率超声装置(广州新栋力NP8000)进行浆料分散，功率为800-1200W，超声分散时间为10分钟以上，即得到所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料。
采用以上搅拌分散方式和搅拌参数可提高搅拌效率，并有效解决浆料的分子聚团现象。
本发明还提供了高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜，包括中间的12-16um厚的基础隔膜以及分设于基础隔膜两面的每层厚度均为2-2.5um的涂布浆料层。
本发明还提供了上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的制备方法，包括：基础隔膜放卷，在基础隔膜(12-16um厚)上进行微凹式双面涂布，涂布采用厂家为深圳市新嘉拓自动化技术有限公司、型号为KCDM650-9的涂布机，该涂布机采用18米气浮式烘道，温度范围0-120℃，陶瓷网纹辊微凹版逆向涂布，涂布速度为25-50米/分钟，将上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料涂布在基础隔膜的两面上，每面均涂布2-2.5um厚，将涂好涂布浆料的基础隔膜进行烘干处理，即得到高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜。
目前市场上以单面涂布为主，上述双面涂布可解决涂布过程中边缘翘曲问题，以及提高成品隔膜的品质一致性。
实施例1
本实施例提供了一种高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，包括如下重量百分比的组分：
所述水性氟流平剂为氟表面活性剂杜邦FS-3100。
所述水性偏氟分散液为氟素润湿流平剂杜邦FSWET1010。
所述缔合型增稠剂为科莱恩增稠剂缔合型TK530。
本发明还提供了所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取45kg纳米级三氧化二铝、10kg羧基丁苯胶乳、5kg氟化铝、3kg甲基呲咯烷酮、3kg乙烯基呲咯烷酮、3kg碳酸二乙烯基酯、0.1kg氟表面活性剂杜邦FS-3100、1kg氟素润湿流平剂杜邦FSWET1010、1kg科莱恩增稠剂缔合型TK530和28.9kg去离子水进行混合，以100RPM速率进行行星式搅拌30分钟。
步骤二：使用高功率超声装置(广州新栋力NP8000)进行浆料分散，功率为1000W，超声分散时间为20分钟，即得到所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料。
本发明还提供了高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜，包括中间的12um厚的基础隔膜以及分设于基础隔膜两面的每层厚度均为2um的涂布浆料层。
本发明还提供了上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的制备方法，包括：基础隔膜(为W-SCOPE的PE湿法隔膜12um)放卷，在基础隔膜上进行微凹式双面涂布，涂布采用厂家为深圳市新嘉拓自动化技术有限公司、型号为KCDM650-9的涂布机，该涂布机采用18米气浮式烘道，温度范围0-120℃，陶瓷网纹辊微凹版逆向涂布，涂布速度25-50米/分钟，将上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料涂布在基础隔膜的两面上，每面涂布2um厚，将涂好涂布浆料的基础隔膜放入气浮式烘箱进行烘干处理，即分为三节干燥(烘道每节6米长)，风口温度分别为：120-140℃；140-150℃；120-130℃，干燥完后即得到本实施例高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜。
性能测试
热收缩率测试：将上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜置于90℃烤箱内1小时，然后检测其总面积的收缩率。
穿刺强度测试：将上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜参照ASTMD3763标准进行测试。
破膜温度测试：将上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜固定与夹具中放置在烘箱内，从130摄氏度起以每5分钟升10度的方式测试其内阻值，当内阻值突然变小时即为破膜温度(即耐高温的温度)。
耐低温测试：将上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜用现有的常规方法制成电池样品放置于冷冻箱中，从10摄氏度起每20分钟降10度，每次将电池取出后以单点化成柜测试其充放电特性，记录下电性能下降20％时的温度值。
测试结果如表1所示。
实施例2
本实施例提供了一种高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，包括如下重量百分比的组分：
所述水性氟流平剂为氟表面活性剂杜邦FS-3100。
所述水性偏氟分散液为氟素润湿流平剂杜邦FSWET1010。
所述缔合型增稠剂为科莱恩增稠剂缔合型TK530。
本发明还提供了所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取50kg纳米级三氧化二铝、5kg羧基丁苯胶乳、8kg氟化铝、2kg甲基呲咯烷酮、2kg乙烯基呲咯烷酮、4kg碳酸二乙烯基酯、0.2kg氟表面活性剂杜邦FS-3100、0.5kg氟素润湿流平剂杜邦FSWET1010、1.5kg科莱恩增稠剂缔合型TK530和26.8kg去离子水进行混合，以120RPM速率进行行星式搅拌20分钟。
步骤二：使用高功率超声装置(广州新栋力NP8000)进行浆料分散，功率为1200W，超声分散时间为15分钟，即得到所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料。
本发明还提供了高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜，包括中间的16um厚的基础隔膜以及分设于基础隔膜两面的每层厚度均为2.5um的涂布浆料层。
本发明还提供了所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的制备方法，包括：基础隔膜(为湖南中锂12um的PE湿法隔膜)放卷，在基础隔膜上进行微凹式双面涂布，涂布采用厂家为深圳市新嘉拓自动化技术有限公司、型号为KCDM650-9的涂布机，该涂布机采用18米气浮式烘道，温度范围0-120℃，陶瓷网纹辊微凹版逆向涂布，涂布速度25-50米/分钟，将上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料涂布在基础隔膜的两面上，每面涂布2um厚，将涂好涂布浆料的基础隔膜放入气浮式烘箱进行烘干处理，即分为三节干燥(烘道每节6米长)，风口温度分别为：120-140℃；140-150℃；120-130℃，干燥完后即得到本实施例高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜。
性能测试方法同实施例1，性能测试结果如表1所示。
实施例3
本实施例提供了一种高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，包括如下重量百分比的组分：
所述水性氟流平剂为氟表面活性剂杜邦FS-3100。
所述水性偏氟分散液为氟素润湿流平剂杜邦FSWET1010。
所述缔合型增稠剂为科莱恩增稠剂缔合型TK530。
本发明还提供了所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取40kg纳米级三氧化二铝、15kg羧基丁苯胶乳、3kg氟化铝、4kg甲基呲咯烷酮、4kg乙烯基呲咯烷酮、2kg碳酸二乙烯基酯、0.1kg氟表面活性剂杜邦FS-3100、1.5kg氟素润湿流平剂杜邦FSWET1010、0.5kg科莱恩增稠剂缔合型TK530和29.9kg去离子水进行混合，以80RPM速率进行行星式搅拌40分钟。
步骤二：使用高功率超声装置(广州新栋力NP8000)进行浆料分散，功率为800W，超声分散时间为25分钟，即得到所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料。
本发明还提供了高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜，包括中间的16um厚的基础隔膜以及分设于基础隔膜两面的每层厚度均为2.5um的涂布浆料层。
本发明还提供了所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的制备方法，包括：基础隔膜(为湖南中锂12um的PE湿法隔膜)放卷，在基础隔膜上进行微凹式双面涂布，涂布采用厂家为深圳市新嘉拓自动化技术有限公司、型号为KCDM650-9的涂布机，该涂布机采用18米气浮式烘道，温度范围0-120℃，陶瓷网纹辊微凹版逆向涂布，涂布速度25-50米/分钟，将上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料涂布在基础隔膜的两面上，每面涂布2um厚，将涂好涂布浆料的基础隔膜放入气浮式烘箱进行烘干处理，即分为三节干燥(烘道每节6米长)，风口温度分别为：120-140℃；140-150℃；120-130℃，干燥完后即得到本实施例高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜。
性能测试方法同实施例1，性能测试结果如表1所示。
对比例1
采用美国Celgard隔膜材料，此隔膜材料为20umPP/PE复合膜,是采用基础隔膜双面涂布三氧化二铝加PVDF制成，性能测试方法同实施例1，性能测试结果如表1所示。
对比例2
采用深圳星源SENTOR牌隔膜材料，此隔膜材料为PE湿法膜，是采用基础隔膜单面涂布三氧化二铝制成，性能测试方法同实施例1，性能测试结果如表1所示。
对比例3
采用佛山金辉高科隔膜材料，此隔膜材料为PP干法膜，是采用基础隔膜单面涂布三氧化二铝制成，性能测试方法同实施例1，性能测试结果如表1所示。
表1

Claims (6)

1.一种锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：
纳米级三氧化二铝       40~50%
羧基丁苯胶乳           5~15%
氟化铝                 3~10%
甲基呲咯烷酮           2~4%
乙烯基呲咯烷酮         2~4%
碳酸二乙烯基酯         2~4%
水性氟流平剂           0~0.2%
水性偏氟分散液         0.5~1.5%
缔合型增稠剂           0.5~1.5%
去离子水               余量。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：
纳米级三氧化二铝       45%
羧基丁苯胶乳           10%
氟化铝                 5%
甲基呲咯烷酮           3%
乙烯基呲咯烷酮         3%
碳酸二乙烯基酯         3%
水性氟流平剂           0.1%
水性偏氟分散液         1%
缔合型增稠剂           1%
去离子水               28.9%。
3. 根据权利要求2所述的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料，其特征在于，所述水性氟流平剂为氟表面活性剂杜邦FS-3100；所述水性偏氟分散液为氟素润湿流平剂杜邦 FSWET1010；
所述缔合型增稠剂为科莱恩增稠剂缔合型TK530。
4.根据权利要求1至3任一项所述的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将上述组分按照各重量百分比的比例进行混合，以80-120RPM速率进行行星式搅拌20-40分钟；
步骤二：使用高功率超声装置进行浆料分散，功率为800-1200W，超声分散时间为10分钟以上，即得到所述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料。
5.一种锂离子电池的隔离膜，其特征在于，包括中间的12-16um厚的基础隔膜以及分设于基础隔膜两面的利用上述权利要求1-3所述的高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料制成的每层厚度均为2-2.5um的涂布浆料层。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池的隔离膜的制备方法，其特征在于，包括：基础隔膜放卷，在12-16um厚的基础隔膜上进行微凹式双面涂布，涂布采用厂家为深圳市新嘉拓自动化技术有限公司、型号为KCDM650-9的涂布机，该涂布机采用18米气浮式烘道，温度范围0-120℃，陶瓷网纹辊微凹版逆向涂布，涂布速度25-50米/分钟，每面涂布2-2.5um厚，将上述高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜的涂布浆料涂布在基础隔膜的两面上，将涂好涂布浆料的基础隔膜进行烘干处理，即得到高低温兼顾的锂离子电池的隔离膜。
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