CN108767176A - 一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料及其制备方法以及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的制备方法，其特征在于：此陶瓷浆料的制备方法如下：步骤一：将纳米陶瓷颗粒、凹凸棒石纤维、分散剂分散于水中，在高速分散机中以3000转/min的转速搅拌1小时；步骤二：在第一步的浆料中加入水性粘结剂以及水，经过充分混合搅拌，并在2000转/min的转速下搅拌3h，得到陶瓷浆料；步骤三：将步骤二中的陶瓷浆料进行超声分散，得到稳定的陶瓷浆料。优点是：用凹凸棒石纤维取代羧甲基纤维素做增稠剂，利用凹凸棒石纤维较大的表面积和表面带电荷的特性，增加了浆料的稳定性。

Description

一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料及其制备方法以及应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池隔膜领域，涉及了一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料，还涉及一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的制备方法，更涉及一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的应用。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度和较长的循环寿命等优点，已被广泛用于数码电子产品、新能源汽车等众多领域，被国际公认为极具应用前景及市场价值的新型能源载体。近年来，我国正大力发展锂离子电池产业，锂离子电池的产能不断增加，但是随之而来的锂离子电池安全性问题也越来越被人们所关注。
锂离子电池的构成包括正极、负极、隔膜和电解质，隔膜作为正负极之间的阻隔物对锂离子电池的性能起到至关重要的作用，其性能直接影响到电池的容量和循环寿命，特别是电池的安全性能。现阶段大规模使用的隔膜为单层聚乙烯(PE)、单层聚丙烯(PP)、PP/PE/PP三层隔膜等。由于聚烯烃材料的热塑性，当电池温度升高或局部过热时，聚烯烃材料会发生收缩与破裂，使得电池正、负极直接接触，发生短路，严重影响电池的安全性能。为此，在聚烯烃材料一侧或两侧涂覆陶瓷颗粒，可以降低隔膜在高温下的收缩现象，提高隔膜的耐高温性能。但是锂离子电池用陶瓷浆料一般都用羧甲基纤维素纳(CMC)作为增稠剂来提高浆料的稳定性，但是该增稠剂一方面会吸水，另一方面浆料放置一段时间后会沉淀分层。同时，涂覆后的陶瓷颗粒会堵塞聚烯烃材料表面的孔隙，增加了隔膜的透气度，从而阻断了离子传导通道，使得电池的容量和循环寿命都有明显损失。因此，提高陶瓷浆料的稳定性，并且减少浆料涂覆后纳米陶瓷颗粒堵塞基膜离子传输通道显得非常有必要。
发明内容
本发明的目的是：针对上述不足，提供一种锂离子电池用功能陶瓷涂层隔膜及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料，该所述陶瓷浆料包含纳米陶瓷颗粒、水性粘结剂、凹凸棒石纤维、分散剂以及水，其中纳米陶瓷颗粒所占质量比为20-50wt％，水性粘结剂所占质量比为3-10wt％，凹凸棒石纤维所占质量比为0.1-2wt％，分散剂所占质量比为0.2-0.8wt％，其余为水，合计100％。
所述陶瓷浆料中的纳米陶瓷颗粒为二氧化硅、二氧化锆、三氧化二铝、硫酸钡中的一种或多种的组合。
所述陶瓷浆料中的水性粘结剂为聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、丁苯乳胶、苯丙乳胶、纯苯乳胶、或聚氨酯中的一种或几种的混合物。
所述陶瓷浆料中的凹凸棒石纤维为棒状、纤维状或针状、平均长度在0.5-5微米之间、平均直径为0.05-0.2微米之间的2:1型粘土矿物。
所述陶瓷浆料中的分散剂为水溶性多支链醇、磷酸三乙酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、聚环氧乙烷和羟乙基纤维素中的一种或多种的组合。
一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的制备方法，此陶瓷浆料的制备方法如下：步骤一：将纳米陶瓷颗粒、凹凸棒石纤维、分散剂分散于水中，在高速分散机中以3000转/min的转速搅拌1小时；
步骤二：在第一步的浆料中加入水性粘结剂以及水，经过充分混合搅拌，并在在2000转/min的转速下搅拌3h，得到陶瓷浆料；
步骤三：将步骤二中的陶瓷浆料进行超声分散，得到稳定的陶瓷浆料。
一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的应用，将得到的稳定陶瓷浆料通过涂布技术均匀的涂布于聚烯烃隔膜的一侧或两侧，经40-65℃干燥后得到陶瓷涂层隔膜。
所述聚烯烃隔膜为聚乙烯基膜、聚丙烯基膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合基膜、聚酰亚胺基膜、聚偏氟乙烯基膜、聚乙烯无纺布基膜、聚丙烯无纺布基膜或聚酰亚胺无纺布基膜中的一种。
所述陶瓷涂层的厚度在0.5μm至15μm。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：一、用凹凸棒石纤维取代羧甲基纤维素做增稠剂，利用凹凸棒石纤维较大的表面积和表面带电荷的特性，增加了浆料的稳定性；利用凹凸棒石纤维长径比特性，降低了陶瓷颗粒堵塞聚烯烃隔膜孔隙的几率，为锂离子电池中离子传输提供了更多的通道，增加了电池的倍率性能和循环性能；选用凹凸棒石纤维作为增稠剂，制备的陶瓷涂覆隔膜具有优异的热收缩性能和机械性能，提高了锂离子电池的安全性能；凹凸棒石纤维价格低廉，降低了浆料的成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料，该所述陶瓷浆料包含纳米硫酸钡颗粒、聚丙烯酸酯、凹凸棒石纤维、聚丙烯酸钠以及水，其中纳米陶瓷颗粒30g，所占质量比为35wt％，聚丙烯酸钠3g，所占质量比为3.5wt％，凹凸棒石纤维1g，所占质量比为1.2wt％，聚丙烯酸酯0.3g，所占质量比为0.35wt％，其余为水，合计100％。
所述陶瓷浆料中的凹凸棒石纤维为棒状、纤维状或针状、平均长度在0.5-5微米之间、平均直径为0.05-0.2微米之间的2:1型粘土矿物。
一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的制备方法，此陶瓷浆料的制备方法如下：步骤一：将纳米硫酸钡颗粒、凹凸棒石纤维、聚丙烯酸钠分散于35g水中，在高速分散机中以3000转/min的转速搅拌1小时；
步骤二：在第一步的浆料中加入聚丙烯酸酯以及16g水，经过充分混合搅拌，并在在2000转/min的转速下搅拌3h，得到陶瓷浆料，其中水的总量为51g，占比为：59.95wt％；
步骤三：将步骤二中的陶瓷浆料进行超声分散，得到稳定的陶瓷浆料。
一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的应用，将得到的稳定陶瓷浆料通过涂布技术均匀的涂布于聚乙烯基膜的单面，经50℃干燥后得到15μm厚的陶瓷涂层隔膜。
实施例二：
将36g纳米三氧化二铝颗粒、1.2g凹凸棒石纤维、0.3g聚丙烯酸钠和15g去离子水在高速分散机中以3000转每分钟的转速搅拌1小时。再次加入4g聚丙烯酸酯和20g去离子水，在2000转每分钟的转速下搅拌3h，得到稳定的陶瓷浆料。将所得浆料用微凹版涂布机在12微米厚的聚乙烯膜上进行双面涂布，46℃烘干后得到总厚度为16微米陶瓷涂层隔膜
一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料，该所述陶瓷浆料包含纳米三氧化二铝颗粒、聚丙烯酸酯、凹凸棒石纤维、聚丙烯酸钠以及水，其中纳米三氧化二铝颗粒36g，所占质量比为47wt％，聚丙烯酸酯4g，所占质量比为5.2wt％，凹凸棒石纤维1.2g，所占质量比为1.5wt％，聚丙烯酸钠0.3g，所占质量比为0.39wt％，其余为水，合计100％。
所述陶瓷浆料中的凹凸棒石纤维为棒状、纤维状或针状、平均长度在0.5-5微米之间、平均直径为0.05-0.2微米之间的2:1型粘土矿物。
一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的制备方法，此陶瓷浆料的制备方法如下：步骤一：将纳米三氧化二铝颗粒、凹凸棒石纤维、聚丙烯酸钠分散于15g水中，在高速分散机中以3000转/min的转速搅拌1小时；
步骤二：在第一步的浆料中加入聚丙烯酸酯以及20g水，经过充分混合搅拌，并在在2000转/min的转速下搅拌3h，得到陶瓷浆料，其中水的总量为51g，占比为：45.91wt％；
步骤三：将步骤二中的陶瓷浆料进行超声分散，得到稳定的陶瓷浆料。
一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的应用，将得到的稳定陶瓷浆料通过涂布技术均匀的涂布于聚乙烯基膜的单面，经50℃干燥后得到16μm厚的陶瓷涂层隔膜。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：一、用凹凸棒石纤维取代羧甲基纤维素做增稠剂，利用凹凸棒石纤维较大的表面积和表面带电荷的特性，增加了浆料的稳定性；利用凹凸棒石纤维长径比特性，降低了陶瓷颗粒堵塞聚烯烃隔膜孔隙的几率，为锂离子电池中离子传输提供了更多的通道，增加了电池的倍率性能和循环性能；选用凹凸棒石纤维作为增稠剂，制备的陶瓷涂覆隔膜具有优异的热收缩性能和机械性能，提高了锂离子电池的安全性能；凹凸棒石纤维价格低廉，降低了浆料的成本。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料，其特征在于：该所述陶瓷浆料包含纳米陶瓷颗粒、水性粘结剂、凹凸棒石纤维、分散剂以及水，其中纳米陶瓷颗粒所占质量比为20-50wt％，水性粘结剂所占质量比为3-10wt％，凹凸棒石纤维所占质量比为0.1-2wt％，分散剂所占质量比为0.2-0.8wt％，其余为水，合计100％。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料，其特征在于：所述陶瓷浆料中的纳米陶瓷颗粒为二氧化硅、二氧化锆、三氧化二铝、硫酸钡中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料，其特征在于：所述陶瓷浆料中的水性粘结剂为聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、丁苯乳胶、苯丙乳胶、纯苯乳胶、或聚氨酯中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料，其特征在于：所述陶瓷浆料中的凹凸棒石纤维为棒状、纤维状或针状、平均长度在0.5-5微米之间、平均直径为0.05-0.2微米之间的2:1型粘土矿物。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料，其特征在于：所述陶瓷浆料中的分散剂为水溶性多支链醇、磷酸三乙酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、聚环氧乙烷和羟乙基纤维素中的一种或多种的组合。
6.一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的制备方法，其特征在于：此陶瓷浆料的制备方法如下：步骤一：将纳米陶瓷颗粒、凹凸棒石纤维、分散剂分散于水中，在高速分散机中以3000转/min的转速搅拌1小时；
步骤二：在第一步的浆料中加入水性粘结剂以及水，经过充分混合搅拌，并在在2000转/min的转速下搅拌3h，得到陶瓷浆料；
步骤三：将步骤二中的陶瓷浆料进行超声分散，得到稳定的陶瓷浆料。
7.一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的应用，其特征在于：将权利要求6中得到的稳定陶瓷浆料通过涂布技术均匀的涂布于聚烯烃隔膜的一侧或两侧，经40-65℃干燥后得到陶瓷涂层隔膜。
8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的应用，其特征在于：所述聚烯烃隔膜为聚乙烯基膜、聚丙烯基膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合基膜、聚酰亚胺基膜、聚偏氟乙烯基膜、聚乙烯无纺布基膜、聚丙烯无纺布基膜或聚酰亚胺无纺布基膜中的一种。
9.根据权利要求7所述的一种锂离子电池用稳定陶瓷浆料的应用，其特征在于：所述陶瓷涂层的厚度在0.5μm至15μm。
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