CN104681819A - 用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料 - Google Patents

用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料，该浆料应用于锂离子电池陶瓷隔膜涂布，它包括凹凸棒粘土40-60wt％、水性粘结剂0.1-5wt％、水性分散剂0.1-2wt％，其余水，合计100%；本发明的浆料粘度稳定，不易沉降，对干法、湿法制成的锂离子电池用聚合物隔膜都具有浸润性，与通用的氧化铝、氧化锆或胶体陶瓷隔膜浆料相比具有明显成本优势。

Description

用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料
技术领域
本发明涉及天然矿物开发利用领域，特别是涉及应用于锂离子电池陶瓷隔膜涂布的凹凸棒粘土浆料。
背景技术
随着生产力的不断发展，能源问题成为摆在人类面前的重大问题，锂离子二次电池作为新能源中的关键要素，有着广阔的经济前景和市场空间。为了保证锂离子电池的安全性，锂离子电池中都设有区隔正负极的隔膜层。目前，聚烯烃多孔膜由于其具有电化学惰性、强度高、孔径可调及易薄形化、易产业化等优势，被普遍作为锂离子电池隔膜使用。但是聚烯烃多孔膜熔点较低，聚乙烯PE熔点为130℃，聚丙烯PP熔点为160℃，因此这类多孔膜在局部温度100℃以上就会有较大程度的收缩形变，可致命的是在长时间工作的电池中，电流产生的热量在局部聚集，局部会产生很高温度，一旦隔膜失效，正负极极片就会发生短路，这正是目前锂离子电池爆炸事故频发的主要原因。
为了改善隔膜的安全性能，工业上最常使用的方法是采用印刷机或涂布机，采用微型凹版印刷技术或浸涂技术将陶瓷浆料涂布在聚烯烃隔膜表面，形成一层陶瓷保护层。工业常用的陶瓷浆料主要功能成分为三氧化二铝、二氧化硅或二氧化锆陶瓷球形颗粒。但是这类陶瓷浆料由于主要成分为球形，同时粘接剂含量较高，较易堵住原来聚烯烃隔膜中孔道，从而阻断锂离子在电池内部的传导，导致内阻过高，容量下降。
发明内容
本发明的目的是：提供一种应用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料，该浆料为锂离子电池隔膜的高稳定性、低成本的涂布浆料。
本发明的技术解决方案是：该凹凸棒粘土浆料包含凹凸棒粘土40-60wt％、水性粘结剂0.1-5wt％、水性分散剂0.1-3wt％，其余为水，合计100%；浆料粘度在100~500mPa·s；所述凹凸棒粘土指的是经过物理浮选的方法去除凹凸棒粘土伴生其他矿物粘土成分，并通过回收工艺烘干，以使得矿粉团聚减少、分散均匀的凹凸棒粘土；所述水性粘结剂是指可溶于水，且使凹凸棒粘土中的纳米纤维粉相互之间相连接，同时与锂离子电池用聚乙烯或聚丙烯隔膜相连接的粘接剂物质。
其中，所述凹凸棒粘土选于江苏-安徽地区的微观形貌为棒状、纤维状或针状的、平均长度在0.5~5微米之间、平均直径为0.05~0.2微米之间的2:1型粘土矿物；所述凹凸棒粘土尤其优选于江苏盱眙地区出产的粘土矿物，所述凹凸棒粘土的纯度在93%以上。
其中，所述水性分散剂选纤维素、聚乙二醇、聚丙烯酸钠中的一种。
其中，所述水性粘结剂选水性聚偏氟乙烯、丁苯胶乳中的一种。
其中，该凹凸棒粘土浆料的制备方法是：首先将水性分散剂与水放入搅拌罐中进行充分搅拌混合；其次量取相应质量的凹凸棒粘土粉末，并将其置于搅拌罐中，高速搅拌30分钟至1小时；最后加入相应的水性粘结剂，慢速搅拌均匀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、选用纯化凹凸棒粘土矿粉，而不是选用固相烧结制备的陶瓷颗粒作为浆料主要功能成分，无需高温热处理，获得原料的能耗大幅降低，大幅降低了浆料成本。
2、选用的凹凸棒粘土是天然的高长径比纤维型非金属矿物，由于其具有较长的长径比，在相互堆叠过程中容易产生孔洞，不易阻断原来聚烯烃隔膜中的孔道，保证了电池容量和循环性能。
3、本发明的浆料中粘接剂比例较低，同时凹凸棒粘土矿粉比表面积大，使粘结剂堵孔的概率大幅降低。
4、与其他隔膜涂布浆料相比，本发明的浆料通用性较强，稳定性好，易于涂布，不掉粉，可适于PP隔膜，也可适用于PE隔膜。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以助于本领域技术人员理解本发明，但实施例不是对本发明技术方案的限制。
实施例1：选用江苏盱眙产纯度为98%的凹凸棒粘土提纯纤维粉体；该产品纤维结构中纤维平均长度为0.75微米，平均直径为0.05微米；称取该提纯矿物粉末500.0g、聚乙二醇37.5g，溶于650.0g水中，高速搅拌30分钟；最后加入水性聚偏氟乙烯62.5g，慢速搅拌均匀，得到凹凸棒粘土浆料。
实施例2：选用江苏盱眙产纯度为98%的凹凸棒粘土提纯纤维粉体；该产品纤维结构中纤维平均长度为1微米，平均直径为0.75微米；称取提纯矿物粉末500.0g、聚乙二醇2g，溶于745.0g水中，高速搅拌30分钟；最后加入水性聚偏氟乙烯3g，慢速搅拌均匀，得到凹凸棒粘土浆料。
实施例3：选用江苏盱眙产纯度为98%的凹凸棒粘土提纯纤维粉体；该产品纤维结构中纤维平均长度为1微米，平均直径为0.75微米；称取羧甲基纤维素15.0g，溶于460.0g水中，称取提纯矿物粉末500.0g加入溶液，高速搅拌45分钟；最后加入丁苯胶乳25g，慢速搅拌均匀，得到凹凸棒粘土浆料。
实施例4：选用安徽明光产纯度为93%的凹凸棒粘土提纯纤维粉体；该产品纤维结构中纤维平均长度为2微米，平均直径为0.1微米；称取聚丙烯酸钠18.3g，溶于300.0g水中形成溶液；称取提纯矿物粉末500.0g溶于所述溶液，高速搅拌60分钟；最后加入水性聚偏氟乙烯15g，慢速搅拌均匀，得到凹凸棒粘土浆料。
实施例5：选用安徽明光产纯度为93%的凹凸棒粘土提纯纤维粉体；该产品纤维结构中纤维平均长度为2微米，平均直径为0.2微米；称取聚丙烯酸钠25g，溶于268.0g水中形成溶液；称取提纯矿物粉末500.0g溶于所述溶液，高速搅拌60分钟；最后加入水性聚偏氟乙烯40.3g，慢速搅拌均匀，得到凹凸棒粘土浆料。
使用粘度计对实施例浆料进行布氏粘度测试，测试结果如下：
采用通用隔膜涂布技术对各实施例浆料进行陶瓷隔膜涂布实验，均可以形成不掉粉的均匀涂覆隔膜。

Claims (6)

1.用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料，其特征在于：该凹凸棒粘土浆料包含凹凸棒粘土40-60wt％、水性粘结剂0.1-5wt％、水性分散剂0.1-3wt％，其余为水，合计100%；浆料粘度在100~500mPa·s；所述凹凸棒粘土指的是经过物理浮选的方法去除凹凸棒粘土伴生其他矿物粘土成分，并通过回收工艺烘干，以使得矿粉团聚减少、分散均匀的凹凸棒粘土；所述水性粘结剂是指可溶于水，且使凹凸棒粘土中的纳米纤维粉相互之间相连接，同时与锂离子电池用聚乙烯或聚丙烯隔膜相连接的粘接剂物质。
2. 根据权利要求1所述的用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料，其特征在于：所述凹凸棒粘土选于江苏-安徽地区的微观形貌为棒状、纤维状或针状的、平均长度在0.5~5微米之间、平均直径为0.05~0.2微米之间的2:1型粘土矿物。
3. 根据权利要求2所述的用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料，其特征在于：所述凹凸棒粘土选于江苏盱眙地区出产的粘土矿物，所述凹凸棒粘土的纯度在93%以上。
4. 根据权利要求1所述的用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料，其特征在于：所述水性分散剂选纤维素、聚乙二醇、聚丙烯酸钠中的一种。
5. 根据权利要求1所述的用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料，其特征在于：所述水性粘结剂选水性聚偏氟乙烯、丁苯胶乳中的一种。
6. 根据权利要求1所述的用于锂离子电池的凹凸棒粘土浆料，其特征在于该凹凸棒粘土浆料的制备方法是：首先将水性分散剂与水放入搅拌罐中进行充分搅拌混合；其次量取相应质量的凹凸棒粘土粉末，并将其置于搅拌罐中，高速搅拌30分钟至1小时；最后加入相应的水性粘结剂，慢速搅拌均匀。
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