CN105914325A - 一种坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜及其制备方法，本发明之坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜在锂离子电池隔膜基材的表面均匀涂覆一层坡缕石/硫酸钡浆料，所述坡缕石/硫酸钡浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂1.0％‑2.0％，增稠剂1.0％‑1.8％，粘结剂8.0％‑15.0％，分散剂0.3％‑0.8％，坡缕石/硫酸钡混合物15.0％‑45.0％，消泡剂5.0％‑10.0％，溶液45.0％‑80.0％，各原料质量百分比的总和为100.0％。本发明还包括制备方法。本发明涉及的坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜能有效改善锂离子电池的电化学性能，提高锂离子电池的质量比能量和安全性，成本低，市场竞争优势大。

Description

一种坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及新能源材料领域，特别是一种坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜及其制备方法。
背景技术
当今社会，能源危机和环境污染共同威胁着人类社会的生存和发展，新能源的发展迫在眉睫。太阳能、风能、地热、生物质能源和电池类储存器件等成为新型能源的关注重点。锂离子电池是一种新型二次充电电源，其除具有能量密度高、循环寿命长、高电压、自放电小、工作温度范围宽、无记忆效应等特性外，又具有安全、可靠且能快速充放电等优点，被广泛应用于移动通讯、数码相机、笔记本电脑等领域，且随着锂离子电池技术发展的成熟，在储能和汽车领域前景广阔，因而成为近年来新型电源技术研究的热点。同时，由于锂离子电池是绿色环保且无污染的二次电源，符合当今各国能源环保方面的发展要求，其使用量呈现爆发式增长，已超过铅酸电池、镍氢电池等。
我国发展新能源汽车意义重大，是应对节能减排重大挑战的需要，同时也是汽车产业跨越式发展和提升国际竞争力的需要。锂离子电池是新能源汽车的重要零部件，隔膜对锂离子电池的安全性起着极其重要的角色。其作用是将锂离子电池正负极极片隔开，且只允许锂离子通过而不能让电子通过。由于锂离子电池具有工作电压高、正极材料的氧化性和负极材料的还原性较高等特点。因此，隔膜材料与高电化学活性的正负极材料应具备优良的相容性，同时也应具备优良的稳定性、耐溶剂性、离子导电性、电子绝缘性、机械强度好及较高的耐热性等。因此，加快高品质高安全性新型隔膜材料——涂覆隔膜的研究与产业化，将会推动新能源汽车产业更好、更快、更环保、更安全的发展。
中国专利201310518815.4公开了一种锂离子电池硫酸钡涂覆隔膜及其制备方法，该方法用硫酸钡、粘结剂和相关辅助材料制备浆料后，均匀涂覆在传统聚乙烯或聚丙烯隔膜表面，由于高纯硫酸钡价格贵，相应涂覆隔膜价格较高，不利于降低锂离子电池的生产成本，无明显的市场竞争优势；硫酸钡的密度较大，一方面制备得到的悬浮陶瓷浆料易沉淀，造成陶瓷浆料浓度不均一，隔膜涂层厚度精度难以控制；另一方面，该类涂层隔膜相对来说难以提高锂离子电池的质量比能量；硫酸钡的阻燃性、保液性、耐高温性、冷热收缩性、莫氏硬度、比表面积等性能不佳，不利于提高锂离子电池的电化学性能，另外，硫酸钡不能除去锂离子电池中游离的HF酸，锂离子电池的安全性不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供有利于提高锂离子电池的电化学性能、质量比能量和安全性，且成本低的坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，
本发明之坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，在锂离子电池隔膜基材的表面均匀涂覆一层坡缕石/硫酸钡浆料，所述坡缕石/硫酸钡浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂1.0％-2.0％，增稠剂1.0％-1.8％，粘结剂8.0％-15.0％，分散剂0.3％-0.8％，坡缕石/硫酸钡混合物15.0％-45.0％，消泡剂5.0％-10.0％，溶液45.0％-80.0％，各原料质量百分比的总和为100％。
进一步，所述坡缕石/硫酸钡混合物中坡缕石的质量为硫酸钡质量的30.0％-75.0％，所述坡缕石和硫酸钡的粒径均为300-700nm。
进一步，所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯和聚乙二醇单辛基苯基醚中的一种或几种。
进一步，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、黄原胶和明胶中的一种或几种。
进一步，所述粘结剂为电池级丁苯橡胶乳液、LA132、LA133中的一种或几种，所述溶液为去离子水。
进一步，所述分散剂为BYK-W980分散剂、BYK-W965分散剂、BYK-W990分散剂、BYK-W995分散剂和TH-904分散剂中的一种或几种。
进一步，所述消泡剂为酒精、聚氧丙烯聚氧乙烯有规二醇和三醇醚中的一种或几种。
本发明之坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备浆料：向高速分散设备罐中依次加入上述质量百分配比的溶液、表面活性剂、增稠剂、粘结剂、分散剂、坡缕石/硫酸钡混合物和消泡剂，边加入边搅拌，温度控制在25-45℃，制备完成后储存备用，储存温度控制在25-40℃；
(2)涂覆：将步骤(1)制备好的浆料用涂布机均匀涂覆在隔膜基材的表面，涂覆速度为30-60m/min；
(3)烘干：将步骤(2)涂覆在隔膜基材表面的浆料烘烤，烘烤温度分为10区，依次为60-70℃，71-80℃，81-90℃，91-100℃、91-100℃，91-100℃，81-90℃，71-80℃，61-70℃、50-60℃，烘干后即制得坡缕石硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜。
进一步，所述步骤(2)中涂布机为挤压式涂布机或微凹板式涂布机。
进一步，所述步骤(2)中隔膜基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺和无纺布中的一种，用涂布机将浆料均匀涂覆在隔膜基材的表面,单面涂覆厚度控制在1-8微米，优选3-4微米。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)有利于提高锂离子电池的电化学性能，坡缕石/硫酸钡混合物制备的浆料，其阻燃性、保液性、耐高温性、冷热收缩性、莫氏硬度、比表面积和化学惰性明显优于单纯使用坡缕石或硫酸钡；
(2)有利于提高锂离子电池的质量比能量，坡缕石密度较硫酸钡密度低大约55.0％，坡缕石/硫酸钡混合物制备的浆料既降低了密度，同时满足涂覆隔膜的需要，而且浆料浓度均一，隔膜涂层厚度精度高；
(3)锂离子电池的安全性提高，坡缕石/硫酸钡能有效除去锂离子电池中游离的HF酸；
(4)成本大大降低，市场竞争优势大大提高，适用范围广泛，坡缕石成本不及硫酸钡价格的50.0％，坡缕石/硫酸钡混合物制备的浆料明显降低锂离子电池隔膜价格。
附图说明
图1是本发明一实施例的工艺流程图；
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例之坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，在锂离子电池隔膜基材的表面均匀涂覆一层坡缕石/硫酸钡浆料，所述坡缕石/硫酸钡浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂1.5％，增稠剂1.0％，粘结剂12.0％，分散剂0.5％，坡缕石/硫酸钡混合物30.0％，消泡剂7.0％，溶液48.0％。
本实施例中，所述坡缕石/硫酸钡混合物中坡缕石的质量为硫酸钡质量的70.0％，所述坡缕石和硫酸钡的粒径均为550-650nm。
本实施例中，所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯。
本实施例中，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠。
本实施例中，所述粘结剂为电池级LA133，所述溶液为去离子水。
本实施例中，所述分散剂为TH-904分散剂。
本实施例中，所述消泡剂为酒精。
本实施例之坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备浆料：按上述质量百分配比向高速分散设备罐中加入溶液，同时开动搅拌机，然后向高速分散设备罐中加入表面活性剂，搅拌30分钟后，加入增稠剂，搅拌10分钟后，加入粘结剂，搅拌60分钟后，加入分散剂，搅拌30分钟后，加入坡缕石硫酸钡混合物，搅拌300分钟后，加入消泡剂，慢速搅拌30分钟，温度控制在35-45℃，制备完成后储存备用，储存温度控制在25-30℃；
(2)涂覆：将步骤(1)制备好的浆料用挤压式涂布机均匀涂覆在隔膜基材的表面，涂覆速度为40m/min；
隔膜基材为聚丙烯，用挤压式涂布机将浆料均匀涂覆在隔膜基材的表面,单面涂覆厚度控制在3微米。
(3)烘干：将步骤(2)涂覆在隔膜基材表面的浆料烘烤，烘烤温度分为10区，依次为65℃，75℃，85℃，93℃、98℃，93℃，85℃，75℃，65℃、55℃，烘干后即制得坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜。
表1坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜性能检测报告
实施例2
本实施例之坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，在锂离子电池隔膜基材的表面均匀涂覆一层坡缕石/硫酸钡浆料，所述坡缕石/硫酸钡浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂1.8％，增稠剂1.2％，粘结剂13.0％，分散剂0.5％，坡缕石/硫酸钡混合物20.5％，消泡剂8.0％，溶液55.0％。
本实施例中，所述坡缕石/硫酸钡混合物中坡缕石的质量为硫酸钡质量的35.0％，所述坡缕石和硫酸钡的粒径均为300-400nm。
本实施例中，所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯和脂肪酸山梨坦的混合表面活性剂。
本实施例中，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠和黄原胶的混合增稠剂。
本实施例中，所述粘结剂为电池级丁苯橡胶乳液、LA132和LA133的混合粘结剂，所述溶液为去离子水。
本实施例中，所述分散剂为BYK-W980分散剂、BYK-W965分散剂、BYK-W990分散剂和BYK-W995分散剂的混合分散剂。
本实施例中，所述消泡剂为酒精、聚氧丙烯聚氧乙烯有规二醇和三醇醚的混合消泡剂。
本实施例之坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备浆料：按上述质量百分配比向高速分散设备罐中加入溶液，同时开动搅拌机，然后向高速分散设备罐中加入表面活性剂，搅拌30分钟后，加入增稠剂，搅拌10分钟后，加入粘结剂，搅拌60分钟后，加入分散剂，搅拌30分钟后，加入坡缕石硫酸钡混合物，搅拌300分钟后，加入消泡剂，慢速搅拌30分钟，温度控制在35-40℃，制备完成后储存备用，储存温度控制在25-35℃；
(2)涂覆：将步骤(1)制备好的浆料用微凹板式涂布机均匀涂覆在隔膜基材的表面，涂覆速度为42m/min；
隔膜基材为聚乙烯，用微凹板式涂布机将浆料均匀涂覆在隔膜基材的表面,单面涂覆厚度控制在2微米。
(3)烘干：将步骤(2)涂覆在隔膜基材表面的浆料烘烤，烘烤温度分为10区，依次为62℃，75℃，85℃，95℃、96℃，96℃，86℃，76℃，66℃、56℃，烘干后即制得坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜。
表2坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜性能检测报告
实施例3
本实施例之坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，在锂离子电池隔膜基材的表面涂覆一层坡缕石/硫酸钡浆料，所述坡缕石/硫酸钡浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂1.6％，增稠剂1.4％，粘结剂9％，分散剂0.4％，坡缕石/硫酸钡混合物30.0％，消泡剂6.6％，溶液51.0％。
本实施例中，所述坡缕石/硫酸钡混合物中坡缕石的质量为硫酸钡质量的60.0％，所述坡缕石和硫酸钡的粒径均为500-600nm。
本实施例中，所述表面活性剂为聚山梨酯和聚乙二醇单辛基苯基醚的混合表面活性剂。
本实施例中，所述增稠剂为明胶。
本实施例中，所述粘结剂为电池级丁苯橡胶乳液，所述溶液为去离子水。
本实施例中，所述分散剂为BYK-W980分散剂和BYK-W965分散剂的混合分散剂。
本实施例中，所述消泡剂为聚氧丙烯聚氧乙烯有规二醇。
本实施例之坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备浆料：按上述质量百分配比向高速分散设备罐中加入溶液，同时开动搅拌机，然后向高速分散设备罐中加入表面活性剂，搅拌30分钟后，加入增稠剂，搅拌10分钟后，加入粘结剂，搅拌60分钟后，加入分散剂，搅拌30分钟后，加入坡缕石硫酸钡混合物，搅拌300分钟后，加入消泡剂，慢速搅拌30分钟，温度控制在38-42℃，制备完成后储存备用，储存温度控制在30-38℃；
(2)涂覆：将步骤(1)制备好的浆料用微凹板式涂布机均匀涂覆在隔膜基材的表面，涂覆速度为42m/min；
隔膜基材为无纺布，用微凹板式涂布机将浆料均匀涂覆在隔膜基材的表面,单面涂覆厚度控制在4微米。
(3)烘干：将步骤(2)涂覆在隔膜基材表面的浆料烘烤，烘烤温度分为10区，依次为68℃，72℃，88℃，98℃、98℃，95℃，82℃，73℃，64℃、56℃，烘干后即制得坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜。
表3坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜性能检测报告

Claims (10)

1.一种坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，其特征在于，在锂离子电池隔膜基材的表面均匀涂覆一层坡缕石/硫酸钡浆料，所述坡缕石/硫酸钡浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂1.0％-2.0％，增稠剂1.0％-1.8％，粘结剂8.0％-15.0％，分散剂0.3％-0.8％，坡缕石/硫酸钡混合物15.0％-45.0％，消泡剂5.0％-10.0％，溶液45.0％-80.0％，各原料质量百分比的总和为100.0％。
2.根据权利要求1所述的坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，其特征在于，所述坡缕石/硫酸钡混合物中坡缕石的质量为硫酸钡质量的30.0％-75.0％，所述坡缕石和硫酸钡的粒径均为300-700nm。
3.根据权利要求1或2所述的坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，其特征在于，所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯和聚乙二醇单辛基苯基醚中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，其特征在于，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、黄原胶和明胶中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，其特征在于，所述粘结剂为电池级丁苯橡胶乳液、LA132、LA133中的一种或几种，所述溶液为去离子水。
6.根据权利要求5所述的坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，其特征在于，所述分散剂为BYK-W980分散剂、BYK-W965分散剂、BYK-W990分散剂、BYK-W995分散剂和TH-904分散剂中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜，其特征在于，所述消泡剂为酒精、聚氧丙烯聚氧乙烯有规二醇和三醇醚中的一种或几种。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备浆料：向高速分散设备罐中依次加入上述质量百分配比的溶液、表面活性剂、增稠剂、粘结剂、分散剂、坡缕石/硫酸钡混合物和消泡剂，边加入边搅拌，温度控制在25-45℃，制备完成后储存备用，储存温度控制在25-40℃；
(2)涂覆：将步骤(1)制备好的浆料用涂布机均匀涂覆在隔膜基材的表面，涂覆速度为30-60m/min；
(3)烘干：将步骤(2)涂覆在隔膜基材表面的浆料烘烤，烘烤温度分为10区，依次为60-70℃，71-80℃，81-90℃，91-100℃、91-100℃，91-100℃，81-90℃，71-80℃，61-70℃、50-60℃，烘干后即制得坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜。
9.根据权利要求8所述的坡缕石/硫酸钡复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中涂布机为挤压式涂布机或微凹板式涂布机。
10.根据权利要求8所述的坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中隔膜基材为聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺和无纺布中的一种，用涂布机将浆料均匀涂覆在隔膜基材的表面，单面涂覆厚度控制在1-8微米。
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