CN106848152A - 氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，所述氧化铝陶瓷涂覆隔膜包括基膜层及基膜层一侧或双侧的氧化铝陶瓷涂层，所述氧化铝由醇盐经水解、抽滤、洗涤、干燥获得，所述醇盐水解过程中使用聚丙烯酸钠为分散剂，得到分散性好、大小均匀且粒径为0.05μm～2μm的氧化铝颗粒；本发明通过将醇盐溶解于去离子水或醇类有机溶剂中，使其发生水解反应生成氧化铝，避免了烧结工序，简化了隔膜的生产工艺，极大地降低生产成本。

Description

氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法
技术领域
本发明涉及氧化铝陶瓷涂覆隔膜的技术领域，具体涉及一种氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法。
背景技术
无机氧化铝陶瓷因其优良的耐热性及电化学稳定性而被广泛用于锂电池隔膜的涂覆，降低锂电池隔膜受热时的热收缩，从而避免锂电池的燃烧或爆炸现象。一般氧化铝的制备是氢氧化铝经过煅烧获得，但经煅烧后粒子间相互作用产生粒子间的团聚，氧化铝颗粒大小不均匀，分散性较差，易导致涂覆隔膜厚度及涂覆隔膜与电极间界面不均匀，造成电池使用过程中电流密度不均匀，且容易被电池使用过程中产生的枝晶刺破。
发明内容
本发明针对现有技术存在之缺失，提供一种氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其避免了烧结工序，简化了隔膜的生产工艺，极大地降低生产成本。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，所述氧化铝陶瓷涂覆隔膜包括基膜层及基膜层一侧或双侧的氧化铝陶瓷涂层，所述氧化铝由醇盐经水解、抽滤、洗涤、干燥获得，所述醇盐水解过程中使用聚丙烯酸钠为分散剂，得到分散性好、大小均匀且粒径为0.05μm～2μm的氧化铝颗粒。
在上述技术方案中，包括以下步骤：
1)将一定质量比的聚丙烯酸钠加入去离子水或醇类有机溶剂中，30～50℃下搅拌至完全溶解，然后升温至200～300℃，继而将醇盐按照一定配比加入到上述溶剂中，搅拌0.5～2h至反应完全，抽滤，去离子水和无水乙醇洗涤，60～100℃干燥得到氧化铝颗粒；
2)将增稠剂、粘结剂和润湿剂加入去离子水中，搅拌至完全溶解，继而加入氧化铝陶瓷颗粒，搅拌均匀，研磨0.5～2h，然后加入表面活性剂，研磨1～3h，得到水性陶瓷浆料；浆料中包括20～80wt％的去离子水，10～70wt％氧化铝粉料。将上述浆料涂布于聚烯烃微孔膜一侧或双侧，经过30～80℃烘箱干燥2～5min，得到氧化铝陶瓷涂覆隔膜。
在上述技术方案中，所述聚丙烯酸钠的分子量为1000～5000，占溶剂质量比为1～5％。
在上述技术方案中，所述醇类有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或仲丁醇。
在上述技术方案中，所述醇盐为异丙醇铝、丙醇铝、正丁醇铝、仲丁醇铝或三乙醇铝，D50为50～300nm，占溶剂质量比为5～40％。
在上述技术方案中，所述增稠剂为CMC、PVA、PAN、PAM或海藻酸钠的至少一种，质量百分比为0.05～3％。
在上述技术方案中，所述粘结剂为苯丙乳胶、聚乙酸乙烯酯、丁苯乳胶、乙烯～醋酸乙烯共聚物或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，质量百分比为0.01～4％。
在上述技术方案中，所述润湿剂为氟代烷基乙氧基醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、丁基萘磺酸钠、羟乙基磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的至少一种，质量百分比为0.05～2％。
在上述技术方案中，所述氧化铝陶瓷涂层的厚度为1.0～6.0μm，优选3.0～4.0μm。
在上述技术方案中，所述基膜层为聚丙烯或聚乙烯或聚丙烯/聚乙烯微孔膜，基膜层的厚度为3.0～20μm，优选12～16μm。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，通过将醇盐溶解于去离子水或醇类有机溶剂中，使其发生水解反应生成氧化铝，避免了烧结工序，简化了隔膜的生产工艺，极大地降低生产成本；还有聚丙烯酸钠为水溶性分散剂，含有极性较强的亲水基羧基，易于吸附在大极性含氧的氧化铝表面，形成一层高分子保护膜，而其长链疏水基伸向溶剂中，呈现空间位阻效应，使氧化铝颗粒间的吸引力大大削弱，有效抑制氧化铝的团聚，提高分散性，提高与隔膜间的粘结作用，增大隔膜的力学性能；另外生成的氧化铝颗粒大小均匀，更易控制涂膜厚度均匀性，提高锂电池的安全性能。未经烧结而生成的氧化铝孔隙率较大，对锂电池电解液有更强的亲和力，吸液率增大，使得锂离子通过性更好，隔膜的离子传导能力更高，从而提高了电池的充放电性能及循环性能。
具体实施方式
实施例1
1)取20g分子量为1000的聚丙烯酸钠加入到1Kg去离子水中，30～50℃下搅拌至完全溶解，然后升温至200～300℃，继而加入D50为100nm的异丙醇铝300g，搅拌1h至反应完全，最后经过抽滤、去离子水和无水乙醇洗涤、60～100℃干燥得到氧化铝颗粒；
2)向100g去离子水中加入2gCMC和2g苯丙乳胶，搅拌至完全溶解，继而加入60g上述氧化铝陶瓷颗粒，搅拌均匀，研磨1h，然后加入1g氟代烷基乙氧基醇醚，继续研磨1h，得到水性陶瓷浆料；将上述浆料涂布于15μm聚丙烯微孔膜一侧，经过30～80℃烘箱干燥3min，得到氧化铝陶瓷涂覆隔膜，涂层厚度为4μm。
实施例2
1)取20g分子量为1000的聚丙烯酸钠加入到1Kg乙醇中，30～50℃下搅拌至完全溶解，然后升温至200～300℃，继而加入D50为100nm的丙醇铝300g，搅拌1h至反应完全，最后经过抽滤、去离子水和无水乙醇洗涤、60～100℃干燥得到氧化铝颗粒；
2)向100g去离子水中加入2gPVA和2g聚乙酸乙烯酯，搅拌至完全溶解，继而加入20g上述氧化铝陶瓷颗粒，搅拌均匀，研磨1h，然后加入1g聚氧乙烯烷基酰胺，继续研磨1h，得到水性陶瓷浆料；将上述浆料涂布于15μm聚丙烯微孔膜一侧，经过30～80℃烘箱干燥2min，得到氧化铝陶瓷涂覆隔膜，涂层厚度为4μm。
实施例3
1)取20g分子量为2000的聚丙烯酸钠加入到1Kg异丙醇中，30～50℃下搅拌至完全溶解，然后升温至200～300℃，继而加入D50为100nm的正丁醇铝300g，搅拌1h至反应完全，最后经过抽滤、去离子水和无水乙醇洗涤、60～100℃干燥得到氧化铝颗粒；
2)向100g去离子水中加入2gPAN和2g丁苯乳胶，搅拌至完全溶解，继而加入80g上述氧化铝陶瓷颗粒，搅拌均匀，研磨1h，然后加入1g丁基萘磺酸钠，继续研磨1h，得到水性陶瓷浆料；将上述浆料涂布于15μm聚丙烯微孔膜一侧，经过30～80℃烘箱干燥5min，得到氧化铝陶瓷涂覆隔膜，涂层厚度为4μm。
实施例4
1)取20g分子量为2000的聚丙烯酸钠加入到1Kg仲丁醇中，30～50℃下搅拌至完全溶解，然后升温至200～300℃，继而加入D50为100nm的仲丁醇铝300g，搅拌1h至反应完全，最后经过抽滤、去离子水和无水乙醇洗涤、60～100℃干燥得到氧化铝颗粒；
2)向100g去离子水中加入2gPAM和2g乙烯～醋酸乙烯共聚物，搅拌至完全溶解，继而加入60g上述氧化铝陶瓷颗粒，搅拌均匀，研磨1h，然后加入1g羟乙基磺酸钠，继续研磨1h，得到水性陶瓷浆料；将上述浆料涂布于15μm聚丙烯微孔膜一侧，经过30～80℃烘箱干燥2min，得到氧化铝陶瓷涂覆隔膜，涂层厚度为4μm。
实施例5
1)取20g分子量为3000的聚丙烯酸钠加入到1Kg去离子水中，30～50℃下搅拌至完全溶解，然后升温至200～300℃，继而加入D50为100nm的三乙醇铝300g，搅拌1h至反应完全，最后经过抽滤、去离子水和无水乙醇洗涤、60～100℃干燥得到氧化铝颗粒；
2)向100g去离子水中加入2g海藻酸钠和2g聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至完全溶解，继而加入60g上述氧化铝陶瓷颗粒，搅拌均匀，研磨1h，然后加入1g十二烷基磺酸钠，继续研磨1h，得到水性陶瓷浆料；将上述浆料涂布于15μm聚丙烯微孔膜一侧，经过30～80℃烘箱干燥2min，得到氧化铝陶瓷涂覆隔膜，涂层厚度为4μm。
对比例
向100g去离子水中加入2gCMC和2g苯丙乳胶，搅拌至完全溶解，继而加入60g市售氧化铝陶瓷颗粒，搅拌均匀，研磨1h，然后加入1g脂肪醇聚氧乙烯醚，继续研磨1h，得到水性陶瓷浆料；将浆料涂布于15μm聚丙烯微孔膜一侧，经过30～80℃烘箱干燥3min，得到氧化铝陶瓷涂覆隔膜，涂层厚度为4μm。
实验例1
各取2个一定尺寸形状的实施例1～5及对比例涂覆隔膜。一是利用电子万能试验机刺穿，记录刺穿强度；二是用胶带将隔膜一侧粘住，利用电子万能试验机将胶带拉开，记录最大剥离强度。结果见表一：
实验例2
取实施例1～5和对比例涂覆隔膜，分别与钴酸锂正极极片和石墨负极极片采用卷绕工艺，制成软包装锂离子电池，进行放电倍率测试。将锂离子电池分别以0.5C的电流，恒流恒压充至4.2V，再恒压充电至电流下降为0.05C截止，然后分别以0.2C，0.5C，1.0C，2.0C的电流放电至3.0V，记录不同放电倍率下的放电容量。不同倍率放电下的容量比率＝(不同倍率放电下的放电容量/0.2C倍率放电下的放电容量)×100％。所得结果见表二：
由表二可知，在0.5C/1C/2C下，实施例1～5的容量保持率大于对比例，说明氧化铝制成的氧化铝陶瓷涂覆隔膜所制锂电池的倍率性能好于普通氧化铝(经过烧结的氧化铝)陶瓷涂覆隔膜所制锂电池。
实验例3
同实验例2，将实施例1～5氧化铝制成的氧化铝陶瓷涂覆隔膜和对比例普通氧化铝陶瓷涂覆隔膜制成锂离子电池，进行循环性能测试。将锂离子电池在常温下采用1C倍率充电，1C倍率放电，依次进行400次循环，记录循环前及每次循环后的电池容量。n次循环后的容量保持率＝(n次循环后的电池容量/循环前的电池容量)×100％。400次循环后容量保持率结果见表三：
由表三可知，氧化铝制成的氧化铝陶瓷涂覆隔膜所制锂电池的循环性能好于普通氧化铝(经过烧结的氧化铝)陶瓷涂覆隔膜所制锂电池，提高电池的充放电性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，故凡是依据本发明的技术实际对以上实施例所作的任何修改、等同替换、改进等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：所述氧化铝陶瓷涂覆隔膜包括基膜层及基膜层一侧或双侧的氧化铝陶瓷涂层，所述氧化铝由醇盐经水解、抽滤、洗涤、干燥获得，所述醇盐水解过程中使用聚丙烯酸钠为分散剂，得到分散性好、大小均匀且粒径为0.05μm～2μm的氧化铝颗粒，所述制备方法，包括以下步骤：
1)将一定质量比的聚丙烯酸钠加入去离子水或醇类有机溶剂中，30～50℃下搅拌至完全溶解，然后升温至200～300℃，继而将醇盐按照一定配比加入到上述溶剂中，搅拌0.5～2h至反应完全，抽滤，去离子水和无水乙醇洗涤，60～100℃干燥得到氧化铝颗粒；
2)将增稠剂、粘结剂和润湿剂加入去离子水中，搅拌至完全溶解，继而加入氧化铝陶瓷颗粒，搅拌均匀，研磨0.5～2h，然后加入表面活性剂，研磨1～3h，得到水性陶瓷浆料；浆料中包括20～80wt％的去离子水，10～70wt％氧化铝粉料，将上述浆料涂布于聚烯烃微孔膜一侧或双侧，经过30～80℃烘箱干燥2～5min，得到氧化铝陶瓷涂覆隔膜。
2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯酸钠的分子量为1000～5000，占溶剂质量比为1～5％。
3.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：所述醇类有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或仲丁醇。
4.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：所述醇盐为异丙醇铝、丙醇铝、正丁醇铝、仲丁醇铝或三乙醇铝，D50为50～300nm，占溶剂质量比为5～40％。
5.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：所述增稠剂为CMC、PVA、PAN、PAM或海藻酸钠的至少一种，质量百分比为0.05～3％。
6.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为苯丙乳胶、聚乙酸乙烯酯、丁苯乳胶、乙烯～醋酸乙烯共聚物或聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，质量百分比为0.01～4％。
7.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：所述润湿剂为氟代烷基乙氧基醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、丁基萘磺酸钠、羟乙基磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的至少一种，质量百分比为0.05～2％。
8.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：所述氧化铝陶瓷涂层的厚度为1.0～6.0μm，优选3.0～4.0μm。
9.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：所述基膜层为聚丙烯或聚乙烯或聚丙烯/聚乙烯微孔膜，基膜层的厚度为3.0～20μm，优选12～16μm。
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