CN108054325A - 一种新型聚合物锂离子电池隔膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池制备领域，特别是涉及一种新型聚合物锂离子电池隔膜。本发明提供一种用于制备新型聚合物锂离子电池隔膜的聚合物涂层浆料，按重量份计，包括如下组分：聚合物16‑24份；粘结剂0.5‑1.0份；润湿剂0.4‑0.8份；溶剂75‑84份。本发明所提供的用于制备新型聚合物锂离子电池隔膜的聚合物涂层浆料及其制备获得的新型聚合物锂离子电池隔膜与已有的技术相比，其优点是大大的改善了锂离子电池隔膜的热收缩性、粘结强度及其聚合物在基材上的覆盖率问题。

Description

一种新型聚合物锂离子电池隔膜
技术领域
本发明涉及锂离子电池制备领域，特别是涉及一种新型聚合物锂离子电池隔膜。
背景技术
锂电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。隔膜是锂离子电池重要的组成部分，在成本上，正极材料占比>40％，负极材料<10％，电解液10％-15％，隔膜20％-30％，那么在电池制作中就需要性能良好的隔膜，隔膜的性能直接影响电池的容量、循环性能等特性，理化性能较优的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。目前，隔膜大多采用聚乙烯或聚丙烯隔膜，具有良好的透气性能，较高的强度，抗酸碱性能，较好的热稳定性。但是，基材也存在一定的缺陷，比如热收缩率较差，基材本身不存在粘结性能，基材的安全性能也存在一定的问题等。因此，越来越多的企业对改善隔膜性能进行试验，在基材上涂覆陶瓷氧化铝、聚合物、芳纶等胶粘剂，来改善隔膜各物性。
现有技术中的聚合物浆料涂覆到基材上后，聚合物隔膜覆盖率不能达到一个很好的状态，并且也存在着透气性较差、热收缩性较差、粘结强度较差、造成脱皮等现象，无法满足电池的需求。所以，有必要对现有隔膜物性进行优化，从而制备出一种新型聚合物锂离子电池隔膜产品。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于制备新型聚合物锂离子电池隔膜的聚合物涂层浆料及其制备获得的新型聚合物锂离子电池隔膜，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于制备新型聚合物锂离子电池隔膜的聚合物涂层浆料，按重量份计，包括如下组分：
在本申请一些实施方式中，所述聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯，所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为50000-20000。
在本申请一些实施方式中，所述聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯水溶液，所述聚甲基丙烯酸甲酯水溶液的pH值为6.5～9.0，粘度值为1～100mPa·s，固含量为20-30wt％。本申请所提供的涂层浆料中，聚甲基丙烯酸甲酯属于丙烯酸类树脂，聚合物的主要可以用于增加涂层厚度，并且改善基材透气性和热收缩性能。
在本申请一些实施方式中，所述聚合物中，包括粒径为500-600nm的聚甲基丙烯酸甲酯和粒径为400-450nm的聚甲基丙烯酸甲酯，两者之间的质量比为：大粒径：小粒径＝1：(0.4～2.4)。
在本申请一些实施方式中，粒径为500-600nm的聚甲基丙烯酸甲酯的型号为LSE-67，供应商为DIC株式会社。该聚甲基丙烯酸甲酯为核软壳硬的核壳结构树脂。
在本申请一些实施方式中，粒径为400-450nm的聚甲基丙烯酸甲酯的型号：LSE-77，供应商：DIC株式会社。该聚甲基丙烯酸甲酯为核硬壳软的核壳结构树脂。
在本申请一些实施方式中，所述粘结剂选自水性丙烯酸树脂溶液，更具体为水性丙烯酸树脂水溶液，所述水性丙烯酸树脂溶液中，固含量为40-45wt％，丙烯酸树脂的数均分子量为5-15万，所述水性丙烯酸树脂溶液中，溶剂优选为去离子水。本申请所提供的涂层浆料中，粘结剂主要可以用于使得聚合物与基材进行粘附。
在本申请一些实施方式中，所述润湿剂选自烷类共聚物和/或醚类共聚物，更具体为聚硅氧烷与聚醚的共聚物，所述聚硅氧烷与聚醚的共聚物优选的型号为BYK-306。所述润湿剂为聚硅氧烷与聚醚的共聚物的水溶液，所述聚硅氧烷与聚醚的共聚物的水溶液的pH值为5.5～7.5，粘度为60～140mPa·s，密度为1.030～1.050，优选的，所述润湿剂选自数均分子量为40-70万的聚硅氧烷与聚醚的共聚物。本申请所提供的涂层浆料中，所述润湿剂主要是用于是减小聚合物与基材的表面张力，增加润湿性。
在本申请一些实施方式中，所述溶剂选自纯水。本申请所提供的涂层浆料中，所述溶剂主要用于使得各组分在溶剂中可以均匀分散。
在本申请一些实施方式中，所述涂层浆料整体的固含量为5-7wt％。
本申请第二方面提供所述用于制备新型聚合物锂离子电池隔膜的聚合物涂层浆料的制备方法，所述制备方法包括：按配方将各组分混合，即得所述浆料。
在本申请一些实施方式中，所述制备方法包括：将聚合物与溶剂均匀混合，再将粘结剂、润湿剂均匀分散于溶液中，即得所述聚合物涂层浆料。
本申请第三方面提供一种聚合物涂层，由所述用于制备新型聚合物锂离子电池隔膜的聚合物涂层浆料制备获得，包括：将涂层浆料涂布、烘干即得所述涂层。
在本申请一些实施方式中，将涂层浆料涂布于基材的一侧或者两侧。
在本申请一些实施方式中，所述基材为聚乙烯基材。
在本申请一些实施方式中，所述烘干温度为75-85℃。
本申请第四方面提供一种聚合物锂离子电池隔膜，包括基材，所述基材上设有所述聚合物涂层。
在本申请一些实施方式中，基材厚度为10-12μm，涂层厚度0.2-0.8μm。
在本申请一些实施方式中，所述基材的一侧或者两侧设有所述聚合物涂层。
在本申请一些实施方式中，所述基材为聚乙烯基材。
本发明所提供的用于制备新型聚合物锂离子电池隔膜的聚合物涂层浆料及其制备获得的新型聚合物锂离子电池隔膜与已有的技术相比，其优点是大大的改善了锂离子电池隔膜的热收缩性、粘结强度及其聚合物在基材上的覆盖率问题。
附图说明
图1为本发明实施例1电镜扫描示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
a)称取3.97Kg的聚合物(大颗粒：小颗粒＝6：4，即大颗粒聚合物2.382kg，小颗粒聚合物1.588kg)(大颗粒粒径为500-600nm的聚甲基丙烯酸甲酯，小颗粒粒径为400-450nm的聚甲基丙烯酸甲酯)(供货商：日本DIC株式会社)加入到15.77Kg的去离子水中搅拌20min至完全均匀分散，配制成浆液A，取0.18Kg固含量为40-45％，分子量为5-15万的水性丙烯酸树脂溶液(型号：LSE-AD1，供货商：日本DIC株式会社)加到浆液A中，搅拌5min后，再称取0.12kg润湿剂(型号：BYK-306，供货商：珠海市翔枫贸易有限公司)加到溶液中，搅拌5min后，这样聚合物浆料便制备完成；
b)b)取11μm厚度的聚乙烯基材，采用微凹版辊涂布方式将聚合物浆料涂覆在聚乙烯基材的一侧，涂布速度为100m/min，速比100％，进入烘箱，采用五级导辊式烘箱进行烘干，各级烘箱温度分别为75℃，80℃，85℃，80℃，75℃，干燥之后，即可得到新型聚合物锂离子电池隔膜产品，所述的聚合物锂离子电池隔膜基材的厚度为11μm，涂层厚度为0.5μm，微凹版辊也称网纹辊，网纹辊线数450线，湿的涂布量为0.1-0.8μm。所得聚合物锂离子电池隔膜基材表面的电镜照片如图1所示。(合适，显微镜放大倍数15000)
实施例2
a)称取3.97Kg的聚合物(大颗粒：小颗粒＝7：3，即大颗粒聚合物2.779kg，小颗粒聚合物1.191kg)(大颗粒粒径为500-600nm的聚甲基丙烯酸甲酯，小颗粒粒径为400-450nm的聚甲基丙烯酸甲酯)(供货商：日本DIC株式会社)加入到15.77Kg的去离子水中搅拌20min至完全均匀分散，配制成浆液A，取0.18Kg固含量为40-45％，分子量为5-15万的水性丙烯酸树脂溶液(型号：LSE-AD1，供货商：日本DIC株式会社)加到浆液A中，搅拌5min后，再称取0.12kg润湿剂(型号：BYK-306，供货商：珠海市翔枫贸易有限公司)加到溶液中，搅拌5min后，这样聚合物浆料便制备完成；
b)取11μm厚度的聚乙烯基材，采用微凹版辊涂布方式将聚合物浆料涂覆在聚乙烯基材的一侧，涂布速度为100m/min，速比100％，进入烘箱，采用五级导辊式烘箱进行烘干，各级烘箱温度分别为75℃，80℃，85℃，80℃，75℃，干燥之后，即可得到新型聚合物锂离子电池隔膜产品，所述的聚合物锂离子电池隔膜基材的厚度为11μm，涂层厚度为0.5μm，微凹版辊也称网纹辊，网纹辊线数450线，湿的涂布量为0.1-0.8μm。
实施例3
a)称取3.97Kg的聚合物(大颗粒：小颗粒＝4：6，即大颗粒聚合物1.588kg，小颗粒聚合物2.382kg)(大颗粒粒径为500-600nm的聚甲基丙烯酸甲酯，小颗粒粒径为400-450nm的聚甲基丙烯酸甲酯)(供货商：日本DIC株式会社)加入到15.77Kg的去离子水中搅拌20min至完全均匀分散，配制成浆液A，取0.18Kg固含量为40-45％，分子量为5-15万的水性丙烯酸树脂溶液(型号：LSE-AD1，供货商：日本DIC株式会社)加到浆液A中，搅拌5min后，再称取0.12kg润湿剂(型号：BYK-306，供货商：珠海市翔枫贸易有限公司)加到溶液中，搅拌5min后，这样聚合物浆料便制备完成；
b)取11μm厚度的聚乙烯基材，采用微凹版辊涂布方式将聚合物浆料涂覆在聚乙烯基材的一侧，涂布速度为100m/min，速比100％，进入烘箱，采用五级导辊式烘箱进行烘干，各级烘箱温度分别为75℃，80℃，85℃，80℃，75℃，干燥之后，即可得到新型聚合物锂离子电池隔膜产品，所述的聚合物锂离子电池隔膜基材的厚度为11μm，涂层厚度为0.5μm，微凹版辊也称网纹辊，网纹辊线数450线，湿的涂布量为0.1-0.8μm。
实施例4
a)称取3.97Kg的聚合物(大颗粒：小颗粒＝3：7，即大颗粒聚合物1.191kg，小颗粒聚合物2.779kg)(大颗粒粒径为500-600nm的聚甲基丙烯酸甲酯，小颗粒粒径为400-450nm的聚甲基丙烯酸甲酯)(供货商：日本DIC株式会社)加入到15.77Kg的去离子水中搅拌20min至完全均匀分散，配制成浆液A，取0.18Kg固含量为40-45％，分子量为5-15万的水性丙烯酸树脂溶液(型号：LSE-AD1，供货商：日本DIC株式会社)加到浆液A中，搅拌5min后，再称取0.12kg润湿剂(型号：BYK-306，供货商：珠海市翔枫贸易有限公司)加到溶液中，搅拌5min后，这样聚合物浆料便制备完成；
b)取11μm厚度的聚乙烯基材，采用微凹版辊涂布方式将聚合物浆料涂覆在聚乙烯基材的一侧，涂布速度为100m/min，速比100％，进入烘箱，采用五级导辊式烘箱进行烘干，各级烘箱温度分别为75℃，80℃，85℃，80℃，75℃，干燥之后，即可得到新型聚合物锂离子电池隔膜产品，所述的聚合物锂离子电池隔膜基材的厚度为11μm，涂层厚度为0.5μm，微凹版辊也称网纹辊，网纹辊线数450线，湿的涂布量为0.1-0.8μm。
实施例5
a)称取3.97Kg的聚合物(大颗粒：小颗粒＝5：5，即大颗粒聚合物1.985kg，小颗粒聚合物1.985kg)(大颗粒粒径为500-600nm的聚甲基丙烯酸甲酯，小颗粒粒径为400-450nm的聚甲基丙烯酸甲酯)(供货商：日本DIC株式会社)加入到15.77Kg的去离子水中搅拌20min至完全均匀分散，配制成浆液A，取0.18Kg固含量为40-45％，分子量为5-15万的水性丙烯酸树脂溶液(型号：LSE-AD1，供货商：日本DIC株式会社)加到浆液A中，搅拌5min后，再称取0.12kg润湿剂(型号：BYK-306，供货商：珠海市翔枫贸易有限公司)加到溶液中，搅拌5min后，这样聚合物浆料便制备完成；
b)取11μm厚度的聚乙烯基材，采用微凹版辊涂布方式将聚合物浆料涂覆在聚乙烯基材的一侧，涂布速度为100m/min，速比100％，进入烘箱，采用五级导辊式烘箱进行烘干，各级烘箱温度分别为75℃，80℃，85℃，80℃，75℃，干燥之后，即可得到新型聚合物锂离子电池隔膜产品，所述的聚合物锂离子电池隔膜基材的厚度为11μm，涂层厚度为0.5μm，微凹版辊也称网纹辊，网纹辊线数450线，湿的涂布量为0.1-0.8μm。
对以上本发明的实施例和对比例聚合物锂离子电池隔膜产品性能进行测试，数据见下表1：
表1
聚合物锂离子电池隔膜的覆盖率在80-85％处于一个最佳的状态，由于在此覆盖率下锂离子电池隔膜保持一个较好的的理化性能，既有较好的热收缩性，又不会使得涂覆的聚合物涂层发生脱落现象，在制作电池过程中，与正负极有一个较好的粘结性，更不会导致发生锂离子电池隔膜与极片之间短路、压不实现象。
从上表中的数据可以看出，聚合物颗粒粒径大小比例不一样，聚合物锂离子电池隔膜产品各理化性能相差都比较大，实施例1的理化性能最优，无论是在热收缩、覆盖率以及粘结强度上都有一个较优的参数，所组装的聚合物锂离子电池隔膜产品性能最佳，该性能很适合聚合物锂离子电池所需的性能，用该聚合物锂离子电池隔膜组装聚合物锂离子电池短路率低，电性能优异较优的性能，该方法所制得的聚合物锂离子电池隔膜工艺简单，成本较低，具有较大的工业应用价值，使其更加符合我们日常的生产应用，满足各客户需求。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于制备聚合物锂离子电池隔膜的聚合物涂层浆料，按重量份计，包括如下组分：
2.如权利要求1所述的聚合物涂层浆料，其特征在于，所述聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯，所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为50000-20000。
3.如权利要求2所述的聚合物涂层浆料，其特征在于，所述聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯水溶液，所述聚甲基丙烯酸甲酯水溶液的pH值为6.5～9.0，粘度值为1～100mPa·s，固含量为20-30wt％，所述聚合物中，包括粒径为500-600nm的聚甲基丙烯酸甲酯和粒径为400-450nm的聚甲基丙烯酸甲酯，两者之间的质量比为：大粒径：小粒径＝1：(0.4～2.4)。
4.如权利要求1所述的聚合物涂层浆料，其特征在于，所述粘结剂选自水性丙烯酸树脂溶液，更优选为水性丙烯酸树脂水溶液，所述水性丙烯酸树脂溶液中，固含量为40-45wt％，丙烯酸树脂的数均分子量为5-15万。
5.如权利要求1所述的聚合物涂层浆料，其特征在于，所述润湿剂选自烷类共聚物和/或醚类共聚物，更优选为聚硅氧烷与聚醚的共聚物，所述聚硅氧烷与聚醚的共聚物优选的型号为BYK-306。
6.如权利要求1所述的聚合物涂层浆料，其特征在于，所述润湿剂为聚硅氧烷与聚醚的共聚物的水溶液，其pH值为5.5～7.5，粘度为60～140mPa·s，密度为1.030～1.050，所述聚硅氧烷与聚醚的共聚物的数均分子量为40-70万。
7.如权利要求1所述的聚合物涂层浆料，其特征在于，所述溶剂选自纯水，所述涂层浆料整体的固含量为5-7wt％。
8.如权利要求1-7任一权利要求所述的用于制备新型聚合物锂离子电池隔膜的聚合物涂层浆料的制备方法，所述制备方法包括：按配方将各组分混合，即得所述浆料。
9.一种聚合物涂层，由权利要求1-7任一权利要求所述的用于制备新型聚合物锂离子电池隔膜的聚合物涂层浆料制备获得。
10.一种聚合物锂离子电池隔膜，包括基材，所述基材上设有如权利要求9所述的聚合物涂层。
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