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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池复合隔膜，包括基材隔膜和聚四氟乙烯涂层，基材隔膜至少一个表面涂敷有聚四氟乙烯涂层。聚四氟乙烯涂层由聚四氟乙烯水乳液、乳化剂、粘结剂、去离子水经球磨制得，本发明还公开了一种锂离子电池复合隔膜的制备方法，包括将聚四氟乙烯涂层均匀的涂覆于基材隔膜至少一个表面，干燥后得到锂离子电池复合隔膜。聚四氟乙烯具有耐高温、不燃烧的特性，本发明在聚烯烃基材隔膜的表面涂敷聚四氟乙烯涂层，紧密连接基材隔膜和电极，允许电解液离子快速转移的同时阻碍基材隔膜的受热收缩，显著提高隔膜的耐热性能和阻燃性能，从而提高锂离子电池的安全性能。

Description

一种锂离子电池复合隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池复合隔膜及其制备方法。
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，同时允许电解液离子的快速转移，是锂离子电池重要的组成部分。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，聚烯烃类隔膜因良好的机械性能、化学稳定性能、高温自闭性能而广泛应用于锂离子电池隔膜材料中，但其耐热收缩性、阻燃性较差，当电池温度不断升高时，隔膜易发生热收缩、甚至熔断，正负极就会直接接触而产生内短路，引起电池温度急剧升高，达到正负极材料热分解温度，进而造成电池冒烟、着火甚至发生爆炸。
为了改善隔膜热稳定性，中国专利CN105845870A提供一种在聚烯烃隔膜表面涂敷陶瓷涂层浆料锂离子电池复合隔膜，改善隔膜的热收缩性能。但是陶瓷涂层会增加隔膜厚度，增加电池内阻，使电池能力密度减低，同时提高隔膜成本。中国专利CN106898720A通过由芳香族聚酰胺、凝胶聚合物、金属氢氧化物组成的功能涂层涂覆聚烯烃隔膜表面，提高电池隔膜耐热、阻燃性能，但是制备工艺复杂，不易操作，成本较高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池复合隔膜及其制备方法，它解决了电池隔膜热收缩大及易燃烧的问题，提高锂离子电池安全性能，且复合隔膜制备工艺简单、易操作。
本发明提出一种锂离子电池复合隔膜及其制备方法，包括基材隔膜和聚四氟乙烯涂层，基材隔膜至少一个表面涂敷有聚四氟乙烯涂层。
优选地，基材隔膜的厚度为3-50um。
优选地，聚四氟乙烯涂层的厚度为1-4um。
优选地，基材隔膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜中的一种。
优选地，聚四氟乙烯涂层的原料按重量份包括：20-40份聚四氟乙烯水乳液、0.2-3份乳化剂、1-5份粘结剂、30-50份去离子水。
优选地，聚四氟乙烯涂层的原料按重量份包括：25-35份聚四氟乙烯水乳液、1.0-2.5份乳化剂、2.5-4.5份粘结剂、35-45份去离子水。
优选地，聚四氟乙烯水乳液的固含量为40-70％，聚四氟乙烯颗粒粒径为0.5-5.0um。
优选地，乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚类，优选为OP系列、磷辛10号。
优选地，粘结剂为丁苯橡胶、聚偏氟乙烯，优选为丁苯橡胶。
优选地，聚四氟乙烯涂层采用如下工艺制备：将聚四氟乙烯水乳液、乳化剂、粘结剂、去离子水加入球磨机，经球磨制得聚四氟乙烯涂层。
优选地，球磨机功率为600-1200W，球磨温度为20-40℃，球磨时间为2-10小时。
本发明还提出了上述锂离子电池复合隔膜制备方法，包括如下步骤：将聚四氟乙烯涂层均匀的涂覆于基材隔膜表面上，干燥后得到锂离子电池复合隔膜。
优选地，聚四氟乙烯涂层的涂覆方式为微凹版涂布、浸涂、挤压涂布、转移式涂布中的一种，优选为微凹版涂布。
优选地，涂覆聚四氟乙烯涂层的基材隔膜的干燥温度为60-85℃，干燥时间为10-60min。
聚四氟乙烯具有耐高温、不燃烧的特性，本发明在聚烯烃基材隔膜的表面涂敷聚四氟乙烯涂层浆料，紧密连接基材隔膜和电极，允许电解液离子快速转移的同时阻碍基材隔膜的受热收缩，显著提高隔膜的耐热性能和阻燃性能，从而提高锂离子电池的安全性能。
附图说明
图1为实施例2聚四氟乙烯-聚烯烃复合隔膜的扫描电镜图。图2为实施例3聚四氟乙烯-PP复合隔膜与PP基膜两种隔膜在不同温度下的热收缩对比图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种锂离子电池复合隔膜，包括基材隔膜和聚四氟乙烯涂层，基材隔膜至少一个表面涂敷有聚四氟乙烯涂层。
实施例2
一种锂离子电池复合隔膜，包括聚丙烯隔膜和聚四氟乙烯涂层。将30份固含量为60％的聚四氟乙烯乳液、1.5份乳化剂、5份的粘结剂和50份的离子水在30℃、1000W球磨机中球磨6小时，得到分散均匀的聚四氟乙烯涂层；采用微凹版涂布方式将聚四氟乙烯涂层均匀涂覆于厚度为16um的聚丙烯基材隔膜的一个表面，涂覆厚度为3um，涂覆速度为20m/min，将涂覆后隔膜在65℃烘箱中干燥15min，制得涂覆聚四氟乙烯的锂离子电池复合隔膜。
实施例3
一种锂离子电池复合隔膜，包括聚丙烯隔膜和聚四氟乙烯涂层。将40份固含量为60％的聚四氟乙烯乳液、2.0份乳化剂、5.0份的粘结剂和40份的离子水在25℃、900W球磨机中球磨8小时，得到分散均匀的聚四氟乙烯涂层；采用微凹版涂布方式将聚四氟乙烯涂层均匀涂覆于厚度为12um的聚丙烯基材隔膜的一个表面，涂覆厚度为2um，涂覆速度为30m/min，将涂覆后隔膜在85℃烘箱中干燥10min，制得涂覆聚四氟乙烯的锂离子电池复合隔膜。
实施例4
一种锂离子电池复合隔膜，包括聚乙烯隔膜和聚四氟乙烯涂层。将50份固含量为40％的聚四氟乙烯乳液、1.0份乳化剂、3.5份的粘结剂和30份的离子水在25℃、700W的球磨机中球磨10小时，得到分散均匀的聚四氟乙烯涂层；采用浸涂方式将聚四氟乙烯涂层均匀涂覆于厚度为20um的聚乙烯基材隔膜的两个表面，涂覆厚度为4um，涂覆速度为25m/min，将涂覆后隔膜在75℃烘箱中干燥20min，制得涂覆聚四氟乙烯的锂离子电池复合隔膜。
实施例5
一种锂离子电池复合隔膜，包括聚乙烯隔膜和聚四氟乙烯涂层。将30份固含量为50％的聚四氟乙烯乳液、0.8份乳化剂、3.0份的粘结剂和35份的离子水在20℃、1200W的球磨机中球磨4小时，得到分散均匀的聚四氟乙烯涂层；采用浸涂方式将聚四氟乙烯涂层均匀涂覆于厚度为30um的聚乙烯基材隔膜的一个表面，涂覆厚度为1um，涂覆速度为40m/min，将涂覆后隔膜在60℃烘箱中干燥12min，制得涂覆聚四氟乙烯的锂离子电池复合隔膜。
将实施例2中含有聚四氟乙烯涂层隔膜进行扫描电镜拍摄，其表面形貌图如图1示，SEM测试结果显示聚四氟乙烯颗粒均匀分布在基膜表面，形貌均一。
将实施例3中的隔膜与基膜在不同温度下进行热收缩对比，如图2示可以看出涂覆聚四氟乙烯涂层的PP隔膜的热收缩明显降低，温度越高热收缩改善效果越明显。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池复合隔膜，其特征在于，包括基材隔膜和聚四氟乙烯涂层，基材隔膜至少一个表面涂敷有聚四氟乙烯涂层。
2.根据权利要求1所述锂离子电池复合隔膜，其特征在于，基材隔膜的厚度为3-50um；优选地，聚四氟乙烯涂层的厚度为1-4um。
3.根据权利要求1或2所述锂离子电池复合隔膜，其特征在于，基材隔膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜中的一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述锂离子电池复合隔膜，其特征在于，聚四氟乙烯涂层的原料按重量份包括：20-40份聚四氟乙烯水乳液、0.2-3份乳化剂、1-5份粘结剂、30-50份去离子水。
5.根据权利要求1-4任一项所述锂离子电池复合隔膜，其特征在于，聚四氟乙烯涂层的原料按重量份包括：25-35份聚四氟乙烯水乳液、1.0-2.5份乳化剂、2.5-4.5份粘结剂、35-45份去离子水。
6.根据权利要求4或5所述锂离子电池复合隔膜，其特征在于，聚四氟乙烯水乳液的固含量为40-70％，聚四氟乙烯颗粒粒径为0.5-5.0um；优选地，乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚类，优选为OP系列、磷辛10号；优选地，粘结剂为丁苯橡胶、聚偏氟乙烯，优选为丁苯橡胶。
7.根据权利要求4-6任一项所述锂离子电池复合隔膜，其特征在于，聚四氟乙烯涂层采用如下工艺制备：将聚四氟乙烯水乳液、乳化剂、粘结剂、去离子水加入球磨机，经球磨制得聚四氟乙烯涂层。
8.根据权利要求7所述锂离子电池复合隔膜，其特征在于，球磨机功率为600-1200W，球磨温度为20-40℃，球磨时间为2-10小时。
9.一种如权利要求1-8任一项所述锂离子电池复合隔膜制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚四氟乙烯涂层均匀的涂覆于基材隔膜表面，干燥后得到锂离子电池复合隔膜。
10.根据权利要求9所述锂离子电池复合隔膜制备方法，其特征在于，聚四氟乙烯涂层的涂覆方式为微凹版涂布、浸涂、挤压涂布、转移式涂布中的一种，优选为微凹版涂布；优选地，涂覆聚四氟乙烯涂层的基材隔膜的干燥温度为60-85℃，干燥时间为10-60min。
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