CN107180938B - 一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法 - Google Patents

一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，其步骤：(1)将水性粘结剂和添加剂溶于去离子水中，搅拌3h，得到水性粘结剂混合溶液；(2)将无机材料纳米溶胶加入到上述粘结剂混合溶液中，继续搅拌2h，静置1h，得到水性纳米涂层涂料；(3)将聚乙烯隔膜放在等离子体处理装置内处理，初步改善隔膜的表面，然后，将上述水性纳米涂层涂料涂布在锂离子电池膜表面和三维孔道表面，将涂布后的隔膜在空气中干燥10min，再转移至40℃烘箱中干燥，得到被纳米无机涂层修饰的锂离子电池隔膜。该电池隔膜能在不增加隔膜厚度前提下对隔膜表面和孔道修饰，提高离子穿过隔膜的速率，提高隔膜的离子电导率和锂离子迁移数，用修饰后的隔膜组装电池，电池循环性能显著提高。

Description

一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，属于锂电池技术领域。
背景技术
绿色高能电源锂离子电池因其较高的工作电压、较长的循环寿命、较低的自放电效应而受到原来越多的关注。锂离子电池主要由四部分组成：正极、负极、隔膜和电解液。隔膜作为正负电极间的一层多孔薄膜，它阻断电池内的电子通过，但允许锂离子通过。尤为重要的是，电池的内阻和界面结构与隔膜性能的优劣息息相关，从而能直接影响电池的循环、倍率性能以及安全性能。
目前，聚烯烃隔膜是锂离子电池隔膜的主导材料，这类隔膜的优点是：价格低廉、力学性能优异以及化学性能较稳定，但同时也存在缺陷：润湿性差、对电解液的亲液性差、持液率低等等，而这也直接影响隔膜的电导率、和锂离子迁移数等电化学性能。
为进一步提高锂离子电池隔膜的电化学性能，进而提高电池的性能，需对隔膜进行改性。目前，传统的陶瓷涂层的厚度往往较厚，由于涂布液中粒子粒径较大使得涂层不易渗入隔膜孔道，虽能提高隔膜的热稳定性，但是，涂布液中粒子粒径较大导致锂离子隔膜的堵孔现象严重，从而使电池的电导率和锂离子迁移数下降。
发明内容
针对现有技术中存在的缺点，本发明的目的是提供了一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，该方法对锂离子电池隔膜的表面和孔道进行修饰，修饰后能提高离子穿过隔膜的速率，提高隔膜离子电导率和锂离子迁移数，改善电池循环性能。
为达到上述目的本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，其特征是：将锂离子电池隔膜等离子体处理，然后将水性无机材料纳米溶胶涂布在锂离子电池隔膜的表面和三维孔道内表面，使其具有高离子电导率和锂离子迁移数，其步骤如下：
(1). 将水性粘结剂和添加剂溶于去离子水中，搅拌3h，得到水性粘结剂混合溶液；
(2). 将一定固含量的无机材料纳米溶胶加入到步骤(1)得到的粘结剂混合溶液中，继续搅拌2h，静置1h ，得到水性纳米涂层涂料，其中，所述的水性纳米涂层涂料中各组分及其重量百分比含量为：粘结剂，0.5-6%；添加剂，0.2-4% ；无机材料纳米溶胶，15-30% ；去离子水，60-80% ；
(3). 采用传统的浸涂法，将聚乙烯隔膜放在等离子体处理装置内进行处理， 处理功率为 80W ，以流量为20 ml/min速度通入 CO2气体， 处理60s，然后将步骤(2)得到的水性纳米涂层涂料涂布在锂离子电池膜的表面和三维孔道内表面，将涂布后的隔膜在空气中干燥10min ，再转移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被纳米无机涂层修饰的锂离子电池隔膜。
所述锂离子电池隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯聚丙烯复合隔膜等中的至少一种。
所述水性粘结剂为聚氨酯、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。
所述纳米涂层的厚度为30-70nm。
所述添加剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123、聚酰亚胺、聚烯丙基胺PAH中的至少一种。
所述无机材料纳米溶胶为氧化锆纳米溶胶、氧化钛纳米溶胶、氧化硅纳米溶胶和氧化铝纳米溶胶中的至少一种；
所述无机材料纳米溶胶的粒径为5-20nm。
本发明与现有的技术相比，具有如下突出的实质性特点和显著进步：
该方法构成的锂离子电池隔膜纳米涂层能够在不增加隔膜厚度的前提下对隔膜表面和孔道进行修饰；经纳米涂层修饰后，能提高锂离子穿过隔膜的速率，从而提高隔膜的离子电导率和锂离子迁移数进而提高电池循环性能；该方法采用去离子水作为溶剂，相对于传统的有机溶剂具有安全、环保的特点。
附图说明
图1为经纳米涂层氧化锆修饰后隔膜的场发射电子扫描电镜图 。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，其步骤如下：
(1). 将1.0g的水性聚氨酯和0.2g的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123溶于去离子水中，搅拌3h，得到水性聚氨酯混合溶液；
(2). 将15.0g固含量为30%的水性氧化锆加入到步骤(1) 得到的水性聚氨酯混溶液中，继续搅拌2h，静置1h ，得到水性纳米涂层涂料，其中，所述的水性纳米涂层涂料中各组分及其重量百分比含量为：聚氨酯，5.5%；聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123，1.1%；氧化锆纳米溶胶，23% ；去离子水70.4%；
(3).采用传统的浸涂法，先将聚乙烯隔膜放在等离子体处理装置内进行处理，处理功率为 80 W 、以流量为20 ml/min速度通入CO2气体，处理60s，然后将步骤(2)得到的水性纳米涂层涂料涂布在锂离子电池隔膜表面和三维孔道内表面，将涂布后的隔膜在空气中干燥10min ，再转移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被纳米氧化锆涂层修饰的锂离子电池隔膜，如图1所示。
实施例2
一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，其步骤如下：
(1). 将1.4g的羟乙基纤维素和0.3g的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123溶于去离子水中，搅拌3h，得到水性羟乙基纤维素混合溶液；
(2). 将25.0g固含量为18%的水性氧化钛加入到步骤(1)得到的水性羟乙基纤维素混合溶液中，继续搅拌2h，静置1h，得到水性纳米涂层涂料；
其中，所述的水性纳米涂层涂料中各组分及其重量百分比含量为：羟乙基纤维素，5.9 % ；聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123，1.5 % ；氧化钛纳米溶胶，19% ；去离子水，73.6 %；
(3). 采用传统的浸涂法，先将聚乙烯隔膜放在等离子体处理装置内进行处理，处理功率为 80 W 、以流量为20 ml/min速度通入CO2气体，处理60s，然后，将步骤(2)得到的水性纳米涂层涂料涂布在锂离子电池隔膜表面和孔道中，将涂布后的隔膜在空气中干燥10min ，再转移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被纳米氧化钛涂层修饰的锂离子电池隔膜。
实施例3
一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，其步骤如下：
(1). 将1.5g的羧甲基纤维素和，0.5g的聚酰亚胺溶于去离子水中，搅拌3h，得到水性羧甲基纤维素混合溶液；
(2). 将28g固含量为18%的氧化硅加入到步骤(1) 得到的水性羧甲基纤维素混合溶液中，继续搅拌2h ，静置1h，得到纳米涂层涂料；
其中，所述的水性纳米涂层涂料中各组分及其重量百分比含量为：羧甲基纤维素，5.4%；聚酰亚胺，1.8%；氧化硅纳米溶胶，18%，去离子水，74.8%；
(3). 采用传统的浸涂法，先将聚乙烯隔膜放在等离子体处理装置内进行处理，处理功率为 80 W 、以流量为20 ml/min速度通入CO2气体，处理60s，然后，将步骤(2)得到的水性纳米涂层涂料涂布在锂离子电池隔膜表面和孔道中，将涂布后的隔膜在空气中干燥10min ，再转移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被纳米氧化硅涂层修饰的锂离子电池隔膜。
实施例4
一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，其步骤如下：
(1). 将1.8g的聚乙烯醇和0.6g的聚酰亚胺溶于去离子水中，搅拌3h，得到水性聚乙烯醇混合溶液；
(2). 将25.0g固含量为30%的水性氧化锆加入到步骤(1) 得到的水性聚乙烯醇混合溶液中，继续搅拌2h，静置1h，得到纳米涂层涂料；
其中，所述的水性纳米涂层涂料中各组分及其重量百分比含量为：聚乙烯醇，6.0%；聚酰亚胺，2.0%；氧化锆纳米溶胶，18%；去离子水，74%；
((3). 采用传统的浸涂法，先将聚乙烯隔膜放在等离子体处理装置内进行处理，处理功率为 80 W 、以流量为20 ml/min速度通入CO2气体，处理60s，然后，将步骤(2)得到的水性纳米涂层涂料涂布在锂离子电池隔膜表面和孔道中，将涂布后的隔膜在空气中干燥10min ，再转移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被纳米氧化锆涂层修饰的锂离子电池隔膜。
利用Autolab测试表面和孔道均被纳米涂层修饰的锂离子电池隔膜的离子电导率，测得电导率为0.45ms/cm, 说明该隔膜的本体阻抗减小，离子穿过隔膜的迁移速率提高，并测得氧化锆纳米涂层修饰后隔膜的锂离子迁移数为0.46，明显高于现有的锂离子电池隔膜的锂离子迁移数。

Claims (3)

1.一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，其特征是：先将锂离子电池隔膜等离子体处理，初步改善锂离子电池隔膜的表面润湿性，然后，将水性无机材料纳米溶胶均匀涂布在锂离子电池隔膜的表面和三维孔道内表面，使其具有高离子电导率和锂离子迁移数，其步骤如下：
(1)将水性粘结剂和添加剂溶于去离子水中，搅拌3h，得到水性粘结剂混合溶液；
(2)将一定固含量的无机材料纳米溶胶加入到步骤(1)得到的粘结剂混合溶液中，继续搅拌2h，静置1h，得到水性纳米涂层涂料，其中，所述的水性纳米涂层涂料中各组分及其重量百分比含量为：粘结剂，0.5-6％；添加剂，0.2-4％；无机材料纳米溶胶，15-30％；去离子水，60-80％；
(3)采用传统的浸涂法，将锂离子电池隔膜放在等离子体处理装置内进行处理，处理功率为80W，以流量为20ml/min速度通入CO2气体，处理60s，然后将步骤(2)得到的水性纳米涂层涂料涂布在锂离子电池隔膜的表面和三维孔道内表面，将涂布后的锂离子电池隔膜在空气中干燥10min，再转移至40℃烘箱中，干燥0.5h，得到表面和孔道均被纳米无机涂层修饰的锂离子电池隔膜；
所述步骤(1)中所述的水性粘结剂为聚氨酯、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇中的至少一种；
所述步骤(1)中所述的添加剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123、聚酰亚胺、聚烯丙基胺PAH中的至少一种；
所述步骤(2)中所述的纳米涂层的厚度为30-70nm。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述的无机材料纳米溶胶的粒径为5-20nm；所述无机材料纳米溶胶为氧化锆纳米溶胶、氧化钛纳米溶胶、氧化硅纳米溶胶和氧化铝纳米溶胶中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池隔膜纳米涂层的构成方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述的锂离子电池隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯聚丙烯复合隔膜中的至少一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108155326A (zh) * 2017-12-22 2018-06-12 上海恩捷新材料科技股份有限公司 一种溶胶涂层隔膜及其制备方法和用途
CN108390000A (zh) * 2018-02-09 2018-08-10 深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司 一种高性能低阻抗复合隔膜的制备方法
CN109796877A (zh) * 2019-01-25 2019-05-24 无锡至极动能科技有限公司 一种锂电池专用复合涂层及其制备方法
CN111092186B (zh) * 2019-12-16 2022-07-19 天津科技大学 一种基于自组装技术制备pe基锂离子电池隔膜的方法和应用
CN111668432B (zh) * 2020-06-11 2023-05-19 深圳市鼎泰祥新能源科技有限公司 一种锂离子电池涂层隔膜及其加工工艺
CN113013551B (zh) * 2021-01-28 2021-11-23 清华大学 一种锂电池隔膜用水性纳米复合改性材料及其制备方法和轻量化锂电池隔膜

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103146018A (zh) * 2013-02-08 2013-06-12 上海中科高等研究院 一种大倍率放电多孔隔膜材料的制备方法及其应用
CN104124417A (zh) * 2014-07-02 2014-10-29 上海大学 一种锂离子电池隔膜表面超分子膜的构成方法
CN104804569A (zh) * 2015-03-27 2015-07-29 上海大学 一种用于锂离子电池聚烯烃隔膜的有机无机杂化涂布材料
CN105140451A (zh) * 2015-07-06 2015-12-09 佛山荷韵特种材料有限公司 一种锂离子电池隔膜及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103146018A (zh) * 2013-02-08 2013-06-12 上海中科高等研究院 一种大倍率放电多孔隔膜材料的制备方法及其应用
CN104124417A (zh) * 2014-07-02 2014-10-29 上海大学 一种锂离子电池隔膜表面超分子膜的构成方法
CN104804569A (zh) * 2015-03-27 2015-07-29 上海大学 一种用于锂离子电池聚烯烃隔膜的有机无机杂化涂布材料
CN105140451A (zh) * 2015-07-06 2015-12-09 佛山荷韵特种材料有限公司 一种锂离子电池隔膜及其制备方法

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