CN105914326A - 一种坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种坡缕石/氧化铝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/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜及其制备方法，本发明之坡缕石/氧化铝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/氧化铝浆料，所述坡缕石/氧化铝浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂0.7％‑1.5％，增稠剂0.5％‑1.0％，粘结剂6.0％‑12.0％，分散剂0.1％‑0.5％，坡缕石/氧化铝混合物20.0％‑50.0％，消泡剂3.0％‑7.0％，溶液40.0％‑70.0％，各原料质量百分比的总和为100.0％。本发明还包括制备方法。本发明涉及的产品能显著改善锂离子电池的电化学性能，成本低，市场竞争优势大。

Description

一种坡缕石/氧化铝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/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜及其制备方法。
背景技术
据国家统计局数据，2005年-2014年汽车年均增高达15.61％。然而汽车数量的增长带来了石油能源的减少、环境污染、城市空间拥挤等问题，于是新能源汽车得到飞速发展。2014年全球市场共销售353522辆电动汽车，同比增长53.5％。据工信部统计，2015年1-6月，我国新能源汽车累计生产7.85万辆，同比增长3.0倍，新能源汽车市场拥有巨大的前景，锂离子电池作为重要化学电源，在移动通讯设备、电动工具、电动自行车等方面应用广泛，锂离子电池及相关配套产业需求量越来越大，锂离子电池的主要组成包括正极材料、负极材料、隔膜及电解液。
目前，正极材料、负极材料和电解液在我国有成熟的生产技术和规模化产能，产品的品质已达到国际先进水平，隔膜是锂离子电池材料中唯一没有全部国产化的产品，同时，隔膜也是锂离子电池材料体系中技术壁垒最高的一种高附加值材料，大部分企业由于产品品质差，只能应用到3C等电池领域，高端锂离子电池如新能源汽车电池制备所用隔膜，80.0％以上依赖进口，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201210091286.X公开了一种β-氧化铝陶瓷隔膜的制取方法，中国专利201510291767.9公开了一种纳米氧化铝颗粒修饰的陶瓷隔膜的制备方法，中国专利201310572688.6公开了一种陶瓷隔膜及其制备方法和应用，均采用氧化铝、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，由于高纯的氧化铝价格昂贵，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；氧化铝的密度较大，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；氧化铝晶体结构致密、比表面积小，相应的涂覆隔膜制备得到的锂离子电池在分容、化成、老化等阶段会产生部分鼓胀，导致锂离子电池合格率低。
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，提供一种有利于提高锂离子电池的电化学性能和质量比能量，适于广泛应用，具有价格优势的坡缕石/氧化铝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/氧化铝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/氧化铝浆料，所述坡缕石/氧化铝浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂0.7％-1.5％，增稠剂0.5％-1.0％，粘结剂6.0％-12.0％，分散剂0.1％-0.5％，坡缕石/氧化铝混合物20.0％-50.0％，消泡剂3.0％-7.0％，溶液40.0％-70.0％，各原料质量百分比的总和为100％。
进一步，所述坡缕石/氧化铝混合物中坡缕石的质量为氧化铝质量的20.0％-60.0％，所述坡缕石和氧化铝的粒径均为400-800nm，所述氧化铝为α-氧化铝或β-氧化铝。
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/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，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/氧化铝混合物和消泡剂，边加入边搅拌，温度控制在30-50℃，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)制备好的浆料用涂布机均匀涂覆在隔膜基材的表面，涂覆速度为50-90m/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/氧化铝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)坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜能使锂离子电池循环寿命提高15.0-20.0％；
(2)坡缕石的密度较氧化铝的密度低大约50.0％，坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜面密度低，能有效提高锂离子电池的质量比能量；
(3)坡缕石的成本不及氧化铝成本的2.0％，坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜成本大大降低，市场竞争优势大大提高；
(4)坡缕石晶体为多孔结构，比表面积大，相应的涂覆隔膜能解决锂离子电池在分容、化成、老化等阶段产生鼓胀，提高锂离子电池合格率；
(5)坡缕石/氧化铝混合物的阻燃性、莫氏硬度、耐热性、化学惰性等性能均优于其单一组分，利用坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜制备得到的锂离子电池安全性更高。
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/氧化铝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/氧化铝浆料，所述坡缕石/氧化铝浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂1.2％，增稠剂0.8％，粘结剂10.0％，分散剂0.4％，β-坡缕石/氧化铝混合物35.0％，消泡剂5.6％，溶液47.0％。
本实施例中，所述β-坡缕石/氧化铝混合物中坡缕石的质量为β-氧化铝质量的50.0％，所述坡缕石和β-氧化铝的粒径均为600-700nm。
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。
本发明之坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，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β-坡缕石/氧化铝混合物，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27-32℃；
(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60m/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5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/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜。
坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜比氧化铝涂覆锂离子电池隔膜的物理性能和电化学性能更好，质量比能量提高约8.0％-12.0％；成本降低约40.0％-55.0％。
表1坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜的性能检测报告
实施例2
本实施例之坡缕石/氧化铝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/氧化铝浆料，所述坡缕石/氧化铝浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂1.0％，增稠剂0.8％，粘结剂10.0％，分散剂0.2％，坡缕石/氧化铝混合物40.0％，消泡剂5.0％，溶液43％。
本实施例中，所述α-坡缕石/氧化铝混合物中坡缕石的质量为α-氧化铝质量的40.0％，所述坡缕石和α-氧化铝的粒径均为500-600nm。
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，所述增稠剂为黄原胶。
本实施例中，所述粘结剂为电池级丁苯橡胶乳液、LA132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、TH-904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、三醇醚的混合消泡剂。
本发明之坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，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α-坡缕石/氧化铝混合物，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27-32℃；
(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70m/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℃，86℃，98℃、98℃，95℃，86℃，77℃，65℃、55℃，烘干后即制得坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜。
坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜比氧化铝涂覆锂离子电池隔膜的物理性能和电化学性能更好，质量比能量提高约10.0％-15.0％；成本降低约50.0％-65.0％。
表2坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜的性能检测报告
实施例3
本实施例之坡缕石/氧化铝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/氧化铝浆料，所述坡缕石/氧化铝浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂1.2％，增稠剂0.6％，粘结剂7.0％，分散剂0.2％，坡缕石/氧化铝混合物27.8％，消泡剂3.2％，溶液60.0％。
本实施例中，所述β-坡缕石/氧化铝混合物中坡缕石的质量为β-氧化铝质量的30.0％，所述坡缕石和β-氧化铝的粒径均为500-700nm。
本实施例中，所述表面活性剂为聚乙二醇单辛基苯基醚。
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LA132，所述溶液为去离子水。
本实施例中，所述分散剂为BYK-W990分散剂和BYK-W995分散剂的混合分散剂。
本实施例中，所述消泡剂为聚氧丙烯聚氧乙烯有规二醇。
本发明之坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，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β-坡缕石/氧化铝混合物，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27-32℃；
(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55m/min；
隔膜基材为聚酰亚胺，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67℃，72℃，82℃，98℃、93℃，95℃，82℃，78℃，62℃、58℃，烘干后即制得坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜。
坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜比氧化铝涂覆锂离子电池隔膜的物理性能和电化学性能更好，质量比能量提高约5.0％-8.0％；成本降低约40.0％-45.0％。
表3坡缕石/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜的性能检测报告

Claims (10)

1.一种坡缕石/氧化铝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涂覆一层坡缕石/氧化铝浆料，所述坡缕石/氧化铝浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂0.7％-1.5％，增稠剂0.5％-1.0％，粘结剂6.0％-12.0％，分散剂0.1％-0.5％，坡缕石/氧化铝混合物20.0％-50.0％，消泡剂3.0％-7.0％，溶液40.0％-70.0％，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/氧化铝复合锂离子电池涂覆隔膜，其特征在于，所述坡缕石/氧化铝混合物中坡缕石的质量为氧化铝质量的20.0％-60.0％，所述坡缕石和氧化铝的粒径均为400-800nm，所述氧化铝为α-氧化铝或β-氧化铝。
3.根据权利要求1或2所述的坡缕石/氧化铝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/氧化铝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/氧化铝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/氧化铝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/氧化铝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/氧化铝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/氧化铝混合物和消泡剂，边加入边搅拌，温度控制在30-50℃，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)制备好的浆料用涂布机均匀涂覆在隔膜基材的表面，涂覆速度为50-90m/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/氧化铝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/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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