CN105845873A - 一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，包括基材隔膜，所述基材隔膜的至少一个表面涂覆有陶瓷浆料；陶瓷隔膜由以下步骤制备得到：将聚偏氟乙烯与分散剂按照1:0.1‑50的重量比混合分散得到分散胶液；将分散胶液与陶瓷颗粒按照1:0.1‑10的重量比混合分散得到陶瓷浆料；将陶瓷浆料均匀涂覆于基材隔膜表面，干燥，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。本发明在锂离子电池基材隔膜表面涂覆一层厚度为0.1‑10um的聚偏氟乙烯和陶瓷颗粒的陶瓷隔膜，表面致密、厚度均匀，聚偏氟乙烯具有较高的分解温度，涂覆在基材隔膜表面对隔膜产生保护作用，提高隔膜的耐热性能，进而提高锂离子电池的安全性能。

Description

一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体是一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有一系列优点：高比能量、长循环寿命、无记忆效应、对环境无污染、安全行高、可快速充放电等，因此成为近年来新型电源技术研究的特点。中国的新能源汽车正快速发展，已经成为世界第一大新能源汽车生产国，在2015年，我国新能源汽车销量突破30万辆，在一辆纯电动汽车中，动力电池成本占整车成本近一半，而近期关于新能源汽车的“心脏”动力电池的安全性问题层出不穷，这就对动力电池的安全性提出了更加严苛的要求。总体来讲，目前纯电动车技术路线大体分为三元电池与磷酸铁锂电池两种：三元材料在电池能量密度、大倍率充电、低温性能等方面有明显优势，而磷酸铁锂材料寿命长、安全性高。如果能将动力电池的安全性提高，那么新能源汽车将会迎来很大发展。在电池中隔膜是四大材料之一，其重要性不言而喻，因此开发一种新型的隔膜对动力电池的安全性提高有决定性的影响。
隔膜是锂离子电池的重要组成部分，其性能直接决定了电池的界面结构、内阻等特点，同时直接影响电池的容量、循环性能等特性。性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要作用。由于在充放电循环中隔膜可能会被“枝晶”刺穿，电池局部短路，形成大面积的热失控，此时热量无法及时排出，引起电池温度升高，达到正极材料和电解质分解温度，进而造成电池冒烟、起火甚至发生爆炸。
发明内容
针对现有技术锂离子电池隔膜的柔韧性差、隔膜表面涂覆的陶瓷浆料在干燥后易开裂和锂离子电池的安全性问题，本发明提出一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，其特征在于，包括基材隔膜，所述基材隔膜的至少一个表面涂覆有陶瓷浆料；所述陶瓷隔膜由以下步骤制备得到：
（1）将聚偏氟乙烯与分散剂按照1:0.1-50的重量比混合分散得到分散胶液；
（2）将分散胶液与陶瓷颗粒按照1:0.1-10的重量比混合分散得到陶瓷浆料；
（3）将陶瓷浆料均匀涂覆于基材隔膜表面，干燥，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。
所述基材隔膜的厚度为0.1-30um；所述陶瓷浆料的涂覆厚度为0.1-10um。
所述基材隔膜的材质为聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯与聚丙烯共聚物中的一种或多种。
本发明还公开一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚偏氟乙烯与分散剂按照1:0.1-50的重量比混合分散得到分散胶液；
（2）将分散胶液与陶瓷颗粒按照1:0.1-10的重量比混合分散得到陶瓷浆料；
（3）将陶瓷浆料均匀涂覆于基材隔膜表面，干燥，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。
所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺中的至少一种。
所述陶瓷颗粒为Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2中的至少一种，所述陶瓷粒径为0.1-50nm。
所述步骤（4）干燥温度为40-120℃，干燥时间为1-30min。
所述步骤（3）锂离子电池基材隔膜表面涂覆陶瓷浆料的涂覆速度为5-60m/min。
所述步骤（3）涂覆方式为微凹版涂、浸涂、刷涂、辊涂中的一种。
本发明的有益效果：本发明在锂离子电池基材隔膜表面涂覆一层厚度为0.1-10um的聚偏氟乙烯和陶瓷颗粒的陶瓷隔膜，表面致密、厚度均匀，聚偏氟乙烯具有较高的分解温度，涂覆在基材隔膜表面对隔膜产生保护作用，提高隔膜的耐热性能，进而提高锂离子电池的安全性能。
附图说明
图1为实施例1制备得到的涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜进行双面涂覆的示意图。
图中：1为基材隔膜，2为陶瓷浆料。
图2为实施例1制备得到的涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，包括基材隔膜，基材隔膜的两个表面涂覆有陶瓷浆料；
涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜由以下步骤制备得到：
1、以聚乙烯与聚丙烯三层复合隔膜为基材，基材隔膜厚度为20um，将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮按照1：1的重量比混合分散得到分散胶液；
2、将分散胶液与Al2O3颗粒按照1:1的重量比混合分散得到陶瓷浆料；
3、将陶瓷浆料使用凹版双面涂覆方式均匀涂覆于基材隔膜表面，涂覆速度为25m/min，涂覆厚度为3um，Al2O3颗粒粒径为20nm，在85℃条件下干燥8min，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。
实施例2
一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，包括基材隔膜，基材隔膜的两个表面涂覆有陶瓷浆料；
涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜由以下步骤制备得到：
1、以聚乙烯与聚丙烯三层复合隔膜为基材，基材隔膜厚度为30um，将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮按照1：1.5的重量比混合分散得到分散胶液；
2、将分散胶液与Al2O3颗粒按照1:2的重量比混合分散得到陶瓷浆料；
3、将陶瓷浆料使用凹版双面涂覆方式均匀涂覆于基材隔膜表面，涂覆速度为25m/min，涂覆厚度为3um，Al2O3颗粒粒径为20nm，在100℃条件下干燥18min，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。
实施例3
一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，包括基材隔膜，基材隔膜的两个表面涂覆有陶瓷浆料；
涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜由以下步骤制备得到：
1、以聚乙烯与聚丙烯共聚物隔膜为基材，基材隔膜厚度为10um，将聚偏氟乙烯与二甲基乙酰胺按照1：15的重量比混合分散得到分散胶液；
2、将分散胶液与ZrO2、ThO2颗粒按照1:5的重量比混合分散得到陶瓷浆料；
3、将陶瓷浆料使用凹版单面涂覆方式均匀涂覆于基材隔膜表面，涂覆速度为45m/min，涂覆厚度为7um，ZrO2、ThO2颗粒粒径为30nm，在90℃条件下干燥20min，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。
实施例4
一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，包括基材隔膜，基材隔膜的两个表面涂覆有陶瓷浆料；
涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜由以下步骤制备得到：
1、以聚乙烯与聚丙烯三层复合隔膜为基材，基材隔膜厚度为13um，将聚偏氟乙烯与二甲基甲酰胺按照1：10的重量比混合分散得到分散胶液；
2、将分散胶液与ZrO2、MgO颗粒按照1:8的重量比混合分散得到陶瓷浆料；
3、将陶瓷浆料使用凹版双面涂覆方式均匀涂覆于基材隔膜表面，涂覆速度为30m/min，涂覆厚度为5um，ZrO2、MgO颗粒粒径为40nm，在100℃条件下干燥10min，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。
实施例5
一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，包括基材隔膜，基材隔膜的两个表面涂覆有陶瓷浆料；
涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜由以下步骤制备得到：
1、以聚乙烯与聚丙烯三层复合隔膜为基材，基材隔膜厚度为30um，将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮按照1：20的重量比混合分散得到分散胶液；
2、将分散胶液与BeO颗粒按照1:3的重量比混合分散得到陶瓷浆料；
3、将陶瓷浆料使用凹版单面涂覆方式均匀涂覆于基材隔膜表面，涂覆速度为15m/min，涂覆厚度为10um，BeO颗粒粒径为15nm，在70℃条件下干燥15min，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。
实施例6
一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，包括基材隔膜，基材隔膜的两个表面涂覆有陶瓷浆料；
涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜由以下步骤制备得到：
1、以聚乙烯隔膜为基材，基材隔膜厚度为16um，将聚偏氟乙烯与N-甲基吡咯烷酮按照1：8的重量比混合分散得到分散胶液；
2、将分散胶液与MgO颗粒按照1:2的重量比混合分散得到陶瓷浆料；
3、将陶瓷浆料使用凹版双面涂覆方式均匀涂覆于基材隔膜表面，涂覆速度为50m/min，涂覆厚度为8um，MgO颗粒粒径为20nm，在85℃条件下干燥25min，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。
图1为实施例1制备得到的涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜进行双面涂覆的示意图，1为基材隔膜，2为陶瓷浆料。
图2为实施例1制备得到的涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜的SEM图，图中看出陶瓷浆料均匀分布在基材隔膜表面。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，其特征在于，包括基材隔膜，所述基材隔膜的至少一个表面涂覆有陶瓷浆料；所述陶瓷隔膜由以下步骤制备得到：
（1）将聚偏氟乙烯与分散剂按照1:0.1-50的重量比混合分散得到分散胶液；
（2）将分散胶液与陶瓷颗粒按照1:0.1-10的重量比混合分散得到陶瓷浆料；
（3）将陶瓷浆料均匀涂覆于基材隔膜表面，干燥，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。
2.根据权利要求1所述的涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，其特征在于，所述基材隔膜的厚度为0.1-30um；所述陶瓷浆料的涂覆厚度为0.1-10um。
3.根据权利要求1所述的涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜，其特征在于，所述基材隔膜的材质为聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯与聚丙烯共聚物中的一种或多种。
4.一种制备如权利要求1所述涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）将聚偏氟乙烯与分散剂按照1:0.1-50的重量比混合分散得到分散胶液；
（2）将分散胶液与陶瓷颗粒按照1:0.1-10的重量比混合分散得到陶瓷浆料；
（3）将陶瓷浆料均匀涂覆于基材隔膜表面，干燥，即得到涂覆有聚偏氟乙烯的锂离子电池陶瓷隔膜。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒为Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2中的至少一种，所述陶瓷粒径为0.1-50nm。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）干燥温度为40-120℃，干燥时间为1-30min。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）锂离子电池基材隔膜表面涂覆陶瓷浆料的涂覆速度为5-60m/min。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）涂覆方式为微凹版涂、浸涂、刷涂、辊涂中的一种。
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