CN105932210A - 锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池材料领域，公开了一种锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜及其制备方法，在锂离子电池隔膜的表面涂覆一水合氧化铝浆料。将纳米级的一水合氧化铝、表面活性剂、增稠剂、粘结剂、分散剂、消泡剂及溶剂混合在一起搅拌，之后使用涂覆设备将浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面形成涂覆层，涂覆层烘干之后，即得锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜，卷绕密封存放。本发明除了拥有涂覆隔膜的高安全性外，还提高了锂离子电池隔膜的耐热性、穿刺强度、保液性等，能显著改善锂离子电池的电化学性能。生产可操作性强。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池材料领域，涉及一种锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜及其制备方法。
背景技术
我国是全球最大的锂离子电池生产基地，第二大锂离子电池生产和出口国，锂离子电池已经占到全球40-50％市场份额。我国对锂离子电池隔膜的需求与日俱增，据中国化学与物理锂离子电池行业协会统计，2015年我国隔膜需求量达8亿平方米，预计2016年我国隔膜需求量超过14亿平方米。我国80％的高端隔膜依赖进口，因此，高品质高安全性新型隔膜材料市场潜力巨大。
目前，市场上的隔膜安全性不高，耐热性、穿刺强度、保液性等性能不佳，不能显著改善锂离子电池的物理指标和电化学性能，而且制备方法复杂，不环保，生产可操作性不强。
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，提供一种高安全性，耐热性、穿刺强度、保液性等均提高，能显著改善锂离子电池的电化学性能，且制备方法简单、环保，生产可操作性强的锂离子电池一水合氧化铝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，
本发明之锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜，在锂离子电池隔膜的表面涂覆一水合氧化铝浆料。
进一步，所述一水合氧化铝浆料在锂离子电池隔膜表面的单面涂覆厚度控制在1-8微米。
进一步，所述一水合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％-1.8％，增稠剂0.5％-1.2％，粘结剂8.0％-15.0％，分散剂0.1％-0.5％，一水合氧化铝10.0％-50.0％，消泡剂1.0％-5.0％，溶剂30.0％-70.0％，各原料的质量百分比的总和为100.0％；
所述一水合氧化铝为纳米级的一水合氧化铝颗粒。
进一步，所述一水合氧化铝的粒径为100-800nm。
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、聚乙二醇单辛基苯基醚中的一种或几种；增稠剂为羧甲基纤维素、黄原胶、明胶中的一种或几种；粘结剂为电池级丁苯橡胶乳液、LA132、LA133中的一种或几种；分散剂为BYK-W980、BYK-W965、BYK-W990、BYK-W995、TH-904中的一种或几种；消泡剂为酒精、聚氧丙烯聚氧乙烯有规二醇、三醇醚中的一种或几种；溶剂为去离子水。
本发明之锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜的制备方法，向高速分散设备罐中依次加入溶剂、表面活性剂、增稠剂、粘结剂、分散剂、一水合氧化铝和消泡剂，边加入边搅拌，得一水合氧化铝浆料，储存备用；
使用涂覆设备将一水合氧化铝浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面，形成涂覆层，将涂覆层烘干，即制成锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜；
卷绕密封存放。
进一步，所述锂离子电池隔膜的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺或无纺布。
进一步，所述搅拌的过程中温度控制在30-50℃，储存的温度控制在25-35℃。
进一步，所述涂覆设备为涂布机，通过涂覆设备将一水合氧化铝浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面，涂覆速度为8-50m/min。
进一步，所述涂覆层烘干的烘烤温度分为4区、6区、8区或10区；
烘烤温度分为4区，依次为91-100℃、91-100℃、91-100℃和81-90℃；
烘烤温度分为6区，依次为81-90℃、91-100℃、91-100℃、91-100℃、81-90℃和71-80℃；
烘烤温度分为8区，依次为71-80℃、81-90℃、91-100℃、91-100℃、91-100℃、81-90℃、71-80℃和61-70℃；
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℃和50-60℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明之涂覆隔膜除了高安全性外，还提高了锂离子电池隔膜的耐热性、穿刺强度、保液性等，能显著改善锂离子电池的电化学性能；
本发明之制备方法简单、环保，生产可操作性强；
本发明之一水合氧化铝为纳米级颗粒，粒径小、比表面积大、涂覆过程中浆料中溶剂挥发后，在锂离子电池隔膜的表面一水合氧化铝纳米级颗粒与颗粒之间形成有效的三维网状结构，提高了锂离子电池隔膜对电解液的润湿性和保液性，在充放电过程中有利于锂离子的快速迁移，提高锂离子电池的倍率性能和循环寿命；紧密但不致密的三维网状结构提高了锂离子电池隔膜的耐热性、穿刺强度，能有效防止灰尘、锂晶枝等造成的锂离子电池内部短路问题，提高了锂离子电池的安全性；一水合氧化铝电化学性能稳定，能提高锂离子电池的电化学性能；且一水合氧化铝是一种完全不同于氧化铝，包括α型氧化铝、β型氧化铝和γ型氧化铝的惰性材料，由于分子结构上含有一个结晶水分子，有利于锂离子电池高效的形成高质量的SEI膜，极大地提高了锂离子电池的安全性，并能有效的降低了锂离子电池在中低频区域的阻抗。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例之锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜，在锂离子电池隔膜的表面涂覆一水合氧化铝浆料。
本实施例中，所述一水合氧化铝浆料在锂离子电池隔膜表面的单面涂覆厚度控制在3微米。
本实施例中，所述一水合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0.5％，粘结剂12.0％，分散剂0.5％，一水合氧化铝20.0％，消泡剂4.0％，溶剂62.0％；
所述一水合氧化铝为纳米级的一水合氧化铝颗粒。
本实施例中，所述一水合氧化铝的粒径为300-400nm。
本实施例中，所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯；所述增稠剂为羧甲基纤维素钠；所述粘结剂为电池级LA132；所述分散剂为TH-904分散剂；所述消泡剂为酒精；溶剂为去离子水。
本实施例之锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜的制备方法，向高速分散设备罐中加入溶剂，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20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50分钟后，加入一水合氧化铝，搅拌350分钟后，加入消泡剂，慢速搅拌30分钟，得一水合氧化铝浆料，储存备用；
使用涂覆设备将一水合氧化铝浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面，形成涂覆层，将涂覆层烘干，即制成锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜；
卷绕密封存放。
本实施例中，所述锂离子电池隔膜的材料为聚丙烯。
本实施例中，所述搅拌的过程中温度控制在35-40℃，储存的温度控制在27-32℃。
本实施例中，所述涂覆设备为挤压式涂布机，通过挤压式涂布机将一水合氧化铝浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面，涂覆速度为20m/min。
本实施例中，所述涂覆层烘干的烘烤温度分为10区，依次为依次为65℃，75℃，85℃，93℃、98℃，93℃，85℃，75℃，60℃、55℃。
一水合氧化铝涂覆隔膜具有优良的润湿性和保液性，安全性能大大提高，倍率性、耐热性和耐剥离强度性能提高；锂离子电池的循环寿命延长，浆料制备方法简单、环保，生产可操作性强。
实施例2
本实施例之锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜，在锂离子电池隔膜的表面涂覆一水合氧化铝浆料。
本实施例中，所述一水合氧化铝浆料在锂离子电池隔膜表面的单面涂覆厚度控制在4微米。
本实施例中，所述一水合氧化铝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0.5％，粘结剂13.0％，分散剂0.5％，一水合氧化铝20.0％，消泡剂5.5％，溶剂59.0％；
所述一水合氧化铝为纳米级的一水合氧化铝颗粒。
本实施例中，所述一水合氧化铝的粒径为400-500nm。
本实施例中，所述表面活性剂为脂肪酸山梨坦和聚山梨酯的混合表面活性剂；所述增稠剂为羧甲基纤维素和黄原胶的混合增稠剂；所述粘结剂为电池级丁苯橡胶乳液；所述分散剂为BYK-W980和BYK-W990的混合分散剂；所述消泡剂为聚氧丙烯聚氧乙烯有规二醇和三醇醚的混合消泡剂；溶剂为去离子水。
本实施例之锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜的制备方法，向高速分散设备罐中加入溶剂，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70分钟后，加入分散剂，搅拌30分钟后，加入一水合氧化铝，搅拌400分钟后，加入消泡剂，慢速搅拌60分钟，得一水合氧化铝浆料，储存备用；
使用涂覆设备将一水合氧化铝浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面，形成涂覆层，将涂覆层烘干，即制成锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜；
卷绕密封存放。
本实施例中，所述锂离子电池隔膜的材料为聚乙烯。
本实施例中，所述搅拌的过程中温度控制在34-42℃，储存的温度控制在25-31℃。
本实施例中，所述涂覆设备为挤压式涂布机，通过挤压式涂布机将一水合氧化铝浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面，涂覆速度为26m/min。
本实施例中，所述涂覆层烘干的烘烤温度分为8区，依次为75℃，85℃，93℃、98℃，93℃，85℃，75℃，65℃。
一水合氧化铝涂覆隔膜具有优良的润湿性和保液性，安全性能大大提高，倍率性、耐热性和耐剥离强度性能提高；锂离子电池的循环寿命延长，浆料制备方法简单、环保，生产可操作性强。
实施例3
本实施例之锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜，在锂离子电池隔膜的表面涂覆一水合氧化铝浆料。
本实施例中，所述一水合氧化铝浆料在锂离子电池隔膜表面的单面涂覆厚度控制在5微米。
本实施例中，所述一水合氧化铝浆料由以下质量百分比的原料制成：表面活性剂0.8％，增稠剂1.2％，粘结剂14.0％，分散剂0.5％，一水合氧化铝27.0％，消泡剂4.5％，溶剂52.0％；
所述一水合氧化铝为纳米级的一水合氧化铝颗粒。
本实施例中，所述一水合氧化铝的粒径为600-700nm。
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；所述增稠剂为明胶；所述粘结剂为电池级LA133；所述分散剂为BYK-W965分散剂；所述消泡剂为酒精和三醇醚的混合消泡剂；溶剂为去离子水。
本实施例之锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜的制备方法，向高速分散设备罐中加入溶剂，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，加入一水合氧化铝，搅拌300分钟后，加入消泡剂，慢速搅拌30分钟，得一水合氧化铝浆料，储存备用；
使用涂覆设备将一水合氧化铝浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面，形成涂覆层，将涂覆层烘干，即制成锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜；
卷绕密封存放。
本实施例中，所述锂离子电池隔膜的材料为聚丙烯。
本实施例中，所述搅拌的过程中温度控制在35-45℃，储存的温度控制在27-32℃。
本实施例中，所述涂覆设备为挤压式涂布机，通过挤压式涂布机将一水合氧化铝浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面，涂覆速度为35m/min。
本实施例中，所述涂覆层烘干的烘烤温度分为10区，依次为65℃，75℃，85℃，93℃、98℃，93℃，85℃，75℃，60℃、55℃。
一水合氧化铝涂覆隔膜具有优良的润湿性和保液性，安全性能大大提高，倍率性、耐热性和耐剥离强度性能提高；锂离子电池的循环寿命延长，浆料制备方法简单、环保，生产可操作性强。
Claims (10)
1.锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜，其特征在于，在锂离子电池隔膜的表面涂覆一水合氧化铝浆料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜，其特征在于，所述一水合氧化铝浆料在锂离子电池隔膜表面的单面涂覆厚度控制在1-8微米。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜，其特征在于，所述一水合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％-1.8％，增稠剂0.5％-1.2％，粘结剂8.0％-15.0％，分散剂0.1％-0.5％，一水合氧化铝10.0％-50.0％，消泡剂1.0％-5.0％，溶剂30.0％-70.0％，各原料的质量百分比的总和为100.0％；
所述一水合氧化铝为纳米级的一水合氧化铝颗粒。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜，其特征在于，所述一水合氧化铝的粒径为100-800nm。
5.根据权利要求3所述的锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜的制备方法，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、聚乙二醇单辛基苯基醚中的一种或几种；增稠剂为羧甲基纤维素、黄原胶、明胶中的一种或几种；粘结剂为电池级丁苯橡胶乳液、LA132、LA133中的一种或几种；分散剂为BYK-W980、BYK-W965、BYK-W990、BYK-W995、TH-904中的一种或几种；消泡剂为酒精、聚氧丙烯聚氧乙烯有规二醇、三醇醚中的一种或几种；溶剂为去离子水。
6.根据权利要求1-5任一项所述的锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，向高速分散设备罐中依次加入溶剂、表面活性剂、增稠剂、粘结剂、分散剂、一水合氧化铝和消泡剂，边加入边搅拌，得一水合氧化铝浆料，储存备用；
使用涂覆设备将一水合氧化铝浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面，形成涂覆层，将涂覆层烘干，即制成锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜；
卷绕密封存放。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，所述锂离子电池隔膜的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺或无纺布。
8.根据权利要求6或7所述的锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，所述搅拌的过程中温度控制在30-50℃，储存的温度控制在25-35℃。
9.根据权利要求书6所述的锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，所述涂覆设备为涂布机，通过涂覆设备将一水合氧化铝浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜的正反两面，涂覆速度为8-50m/min。
10.根据权利要求6所述的锂离子电池一水合氧化铝涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，所述涂覆层烘干的烘烤温度分为4区、6区、8区或10区；
烘烤温度分为4区，依次为91-100℃、91-100℃、91-100℃和81-90℃；
烘烤温度分为6区，依次为81-90℃、91-100℃、91-100℃、91-100℃、81-90℃和71-80℃；
烘烤温度分为8区，依次为71-80℃、81-90℃、91-100℃、91-100℃、91-100℃、81-90℃、71-80℃和61-70℃；
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℃和50-60℃。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160907 |