CN106997940A - 一种用于锂离子电池隔膜涂覆的水性浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于锂离子电池隔膜涂覆的水性浆料及其制备方法，水性浆料是无机陶瓷粉20‑35份、分散剂0.2‑3份、粘结剂2‑10份、胶分散液20‑50份、表面活性剂0.3‑2份、防沉剂0.1‑2份和去离子水30‑60份制备而成。先将无极陶瓷粉、分散剂、防沉剂和去离子水按照配比加入分散机中进行高速分散1‑3小时，然后加入粘结剂、胶分散液和表面活性剂低速分散0.5‑2小时后过200目筛网，得浆料，最后使用涂覆机将浆料均匀涂覆在隔膜基膜表面，烘干即可。本发明具有利于加工，同时又具有陶瓷隔膜降低热收缩性、提高电解液浸润性和涂胶隔膜改善锂离子电池界面、提高循环性能等双方的优点。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种用于锂离子电池隔膜的新材料及其制备方法。
背景技术
在锂电池中，隔膜的主要功能是保持正极和负极隔开，以防止短路，同时允许离子的快速转移，是锂离子电池中较为重要的组成。隔膜的性能会直接影响电池的特性，如电池的容量、内阻、倍率、循环和自放电等性能。目前锂离子电池隔膜的材料通常为聚烯烃类材料，其耐热性较差，当电池温度达到隔膜的熔断温度时，隔膜发生熔断，正负极就会直接接触而产生内短路。虽然有了安全性更高的多层复合隔膜，但还是不能满足动力电池对隔膜安全性的要求。
发明内容
本发明提供了一种在保障锂离子电池安全性的基础上改善电池性能，用于锂离子电池隔膜涂覆的水性浆料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种适用于锂离子电池隔膜涂覆的水性浆料，由以下组分按照重量比制备得到：
作为一种优选方式，所述无机绝缘体为三氧化二铝、二氧化钛、勃姆石、氮化硼的一种或者几种。
作为一种优选方式，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐共聚溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、聚乙烯醇溶液等一种或者几种。
作为一种优选方式，所述粘结剂为水性聚丙酸改性树脂、聚乙烯醇、丙烯腈多元共聚物的水分散液的一种或者几种。
作为一种优选方式，所述胶分散液为聚偏氟乙烯的分散液。
作为一种优选方式，所述表面活性剂为聚醚改性有机硅类、非离子氟碳类表面活性剂、阴离子氟碳表面活性剂的一种或者几种。
作为一种优选方式，所述防沉剂为合成层状硅酸盐类溶液、羟甲基纤维素钠溶液的一种或者几种。
本发明提供一种用于锂离子电池隔膜涂覆的水性浆料制备方法，其步骤如下：
(1)将无极绝缘体、分散剂、防沉剂和去离子水按照配比加入分散中进行高速分散1-3小时，得分散液；
(2)然后加入胶分散液、粘结剂、表面活性剂，放入分散机中低速分散0.5-2小时过200目筛网，得浆料。
(3)使用涂覆机将浆料均匀涂覆在基膜表面，烘干后得到锂离子电池新型涂覆隔膜。
作为一种优选方式，所述分散机的温度为15-40℃，功率为300-6000W。
作为一种优选方式，所述涂覆机的涂覆速度为15-50米/分钟，烘干温度为60-85℃。
作为一种优选方式，所述基膜上涂覆的浆料涂层的厚度为1-4μm。
作为一种优选方式，所述的基膜为PP膜、PE膜或者二者的单层、多层复合膜。
本发明的优点和有益效果是：
(1)本发明制备的浆料中所用材料均为水性物质，且用量较小、制备过程简单、低环境污染、可重复性强。
(2)本发明制备的浆料具有较好可涂覆性能和较强的可加工性能。
(3)为了改善隔膜的热稳定性，目前采用的方法是在基膜上涂覆由无机绝缘体和粘结剂组成的活性层，由于无机活性层较高的稳定性和较好的机械性能，较大的提高了电池的安全性能。或者在基膜上涂覆由聚偏氟乙烯和粘结剂组成的具有粘附性的活性层，此涂层可以缩小正负极的活性物质迁移的距离，改善电池界面和提高电池循环性能。但目前市场上没有市售的同时具有陶瓷隔膜和涂胶隔膜双方性能产品。本发明制备的浆料涂覆后的电池隔膜性能稳定，且具有陶瓷隔膜和涂胶隔膜双方的优良性能。
附图说明
图1为涂覆隔膜和所用基膜进行热重测试对比图。
具体实施方式
实施例1
将30份三氧化二铝、0.4份聚丙烯酸铵盐共聚溶液、0.1份合成层状硅酸盐类溶液和40份去离子水加入分散机中，控制分散机温度为25℃、功率为2000W，分散1.5个小时，然后加入3份水性聚丙酸改性树脂、26份胶分散液、0.5份聚醚改性有机硅表面活性剂至分散机中，保持分散机的温度为25℃、功率为400W，继续分散1个小时过200目筛网，得浆料。使用涂覆机将浆料均匀涂覆在PE基膜表面，然后烘干后得锂离子电池新型涂覆隔膜，控制涂覆机的速度为50米/分钟，烘箱温度为65℃。
实施例2
将28份勃姆石、1份聚乙烯吡咯烷酮溶液、0.6份羟甲基纤维素钠溶液和40份去离子水加入分散机中，控制分散机温度为30℃、功率为2500W，分散1个小时，然后加入5份水性聚乙烯醇、25份胶分散液、0.4份水性非离子氟碳类表面活性剂，保持分散机的温度为30℃、功率为500W，继续分散0.5小时过200目筛网，得浆料。使用涂覆机将浆料均匀涂覆在PP基膜表面，然后烘干后得锂离子电池新型涂覆隔膜，控制涂覆机的速度为40米/分钟，烘箱温度为60℃。
实施例3
将26份氮化硼、1份聚乙烯醇溶液、0.4份合成层状硅酸盐溶液和42份去离子水加入分散机中，控制分散机温度为35℃、功率为2200W，分散1.2个小时，然后加入10份水性丙烯腈、30份胶分散液、0.6份水性阴离子氟碳类表面活性剂，保持分散机的温度为35℃、功率为600W，继续分散0.4小时过200目筛网，得浆料。使用涂覆机将浆料均匀涂覆在PE基膜表面，然后烘干后得锂离子电池新型涂覆隔膜，控制涂覆机的速度为45米/分钟，烘箱温度为65℃。
实施例4
将32份二氧化钛、0.6份聚丙烯酸铵盐共聚溶液、0.8份羟甲基纤维素钠溶液和37份去离子水加入分散机中，控制分散机温度为28℃、功率为3000W，分散1个小时，然后加入4份水性聚丙酸改性树脂、25份胶分散液、0.6份聚醚改性有机硅表面活性剂，保持分散机的温度为28℃、功率为500W，继续分散1小时过200目筛网，得浆料。使用涂覆机将浆料均匀涂覆在PP基膜表面，然后烘干后得锂离子电池新型涂覆隔膜，控制涂覆机的速度为60米/分钟，烘箱温度为70℃。
将实施例1-实施例4中制得的水性浆料进行固含量、粘度、存储时间、涂层剥离强度和涂布性能的测试，结果列于表1中，测试结果表明制备得到的水性浆料不仅固含量高、粘度小、而且涂布性能好、存储周期长，涂层粘附力较佳。
表1
将实施例1和实施例1中所用基膜进行热重测试，测试结果对比如图1所示，测试结果表明由实施例1所使用基膜随着温度的升高有较大的失重量，而由实施例1所制备的新型涂覆隔膜随着温度的升高基本没有发生较大重量变化，说明由实施例1制备的隔膜具有较好的热稳定性。
以上所述仅是本发明的部分实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护保护范围之内。
Claims (14)
1.一种用于锂离子电池隔膜涂覆的水性浆料，由以下组分按照重量比制备得到：
无机绝缘体 20-35份
分散剂 0.2-2份
粘结剂 2-10份
表面活性剂 0.3-2份
去离子水 30-60份。
2.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于：还包括有胶分散液 20-50份。
3.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于：还包括有防沉剂 0.1-2份。
4.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于：所述无机绝缘体为三氧化二铝、二氧化钛、勃姆石、氮化硼的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于：所述分散剂为聚丙烯酸铵盐共聚溶液、聚乙烯吡咯烷酮溶液、聚乙烯醇溶液等一种或者几种。
6.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于：所述粘结剂为水性聚丙酸改性树脂、聚乙烯醇、丙烯腈多元共聚物的水分散液的一种或者几种。
7.根据权利要求1所述的浆料，其特征在于：所述表面活性剂为聚醚改性有机硅类、非离子氟碳类、阴离子氟碳表面活性剂的一种或者几种。
8.根据权利要求2所述的浆料，其特征在于：所述胶分散液为聚偏氟乙烯的分散液。
9.根据权利要求3所述的浆料，其特征在于：所述防沉剂为合成层状硅酸盐类溶液、羟甲基纤维素钠溶液的一种或者几种。
10.根据权利要求1所述的用于锂离子电池隔膜涂覆的水性浆料的制备方法，其特征在于：按如下步骤制备：
（1）将无极绝缘体、分散剂、防沉剂和去离子水按照重量配比加入分散机中进行高速分散1-3小时，得分散液；
（2）然后按照重量配比加入胶分散液、粘结剂、表面活性剂在分散机中低速分散0.5-2小时过200目筛网，得浆料；
（3）使用涂覆机将浆料均匀涂覆在基膜表面，烘干后到锂离子电池涂覆隔膜。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述分散机的温度为15-40℃，功率为300-6000W。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述涂覆机的涂覆速度为15-60米/分钟，烘干温度为60-85℃。
13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述基膜上涂覆的浆料涂层的厚度为1-4μm。
14.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述的基膜为PP膜、PE膜或者二者的单层、多层复合膜。
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