CN108807806A - 一种电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池隔膜及其制备方法，包括依次连接的基膜、芳纶/陶瓷复合膜和PVDF膜；本申请所提供的电池隔膜，为多层复合隔膜，在保证隔膜耐高温同时，提升基膜与涂层的粘结性以及隔膜与极片粘结力，减小隔膜与极片之间的缝隙，降低界面电阻，提高电芯硬度。本申请所提供的电池隔膜的制备方法，工艺简单，可操作性强，生产成本低，制备出的电池隔膜在粘结性能、热收缩性能和透气性能方面突出。

Description

一种电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池隔膜材料技术领域，具体而言，涉及一种电池隔膜及其制备方法。
背景技术
电动化大趋势愈演愈烈，国家鼓励高能量密度电池的使用，并对电池安全性要求越来越高。目前行业上最有效的途径是利用涂覆技术让隔膜热稳定性更优、更轻薄化，进而促进动力电池能量密度、安全、倍率、循环等综合性能的提升。目前行业上普遍有陶瓷涂层隔膜、芳纶涂层隔膜，但是此类涂层虽然性能优良，但是与电极片的粘结能力较差，影响电池的使用性能。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种电池隔膜，所述的电池隔膜在保证涂覆厚度不增加的基础之上，结合陶瓷、芳纶、PVDF涂覆优点，制备出多层复合隔膜，具有提升基膜与涂层的粘结性以及隔膜与极片粘结力，减小隔膜与极片之间的缝隙，降低界面电阻，提高电芯硬度等优点。
本发明的第二目的在于提供一种所述的电池隔膜的制备方法，该方法工艺简单，可操作性强，生产成本低，制备出的电池隔膜在粘结性能、热收缩性能和透气性能方面突出。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种电池隔膜，包括依次连接的基膜、芳纶/陶瓷复合膜和PVDF膜。
优选的，所述电池隔膜的厚度为为18-30μm。
优选的，所述芳纶/陶瓷复合膜由芳纶浆料和陶瓷浆料制备而成，所述芳纶浆料与所述陶瓷浆料的质量比为0.5～1.5：1，更优选的质量比为0.5～1：1。
优选的，所述芳纶浆料包括按照重量份数计的如下组分：
纳米芳纶粉末20～30份，第一溶剂为20～30份，助溶剂为1～4份和造孔剂2～8份；
更优选的，所述第一溶剂DMAC、NMP、DMF、DMP中的一种或者几种的组合；
更优选的，所述助溶剂包括碱金属的强酸盐，更优选的，所述碱金属的强酸盐选自CaCl2、LiCl、NaCl和Na2SO4中的一种或者几种的组合。
优选的，所述芳纶浆料包括按照重量份数计的如下组分：纳米芳纶粉末22～26份，第一溶剂25～30份，助溶剂2～3份和造孔剂4～6份。
优选的，所述陶瓷浆料包括按照重量份数计的如下组分：
氧化铝为35～70份，粘合剂为2～5份和第二溶剂25～63份；
更优选的，所述粘合剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯酸中的一种或者几种的组合；
更优选的，第二溶剂选自异丙醇、丙二醇、二丙二醇中的一种或者几种的组合。
优选的，所述陶瓷浆料包括按照重量份数计的如下组分：
包括氧化铝为50～60份，粘合剂为4～5份和第二溶剂35～46份。
优选的，所述PVDF膜主要由以下原料制备而成：PVDF为5～15份，分散剂0.5～2份，增稠剂5～15份，粘合剂1～5份和水63～88.5份；
更优选的，所述增稠剂选自PVA、PEG、PVP、CMC中的一种或者几种的组合；
更优选的，所述粘合剂包括聚丙烯酸酯；
更优选的，所述分散剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硫醇类、酰肼类和硫醇缩醛类和聚氧化乙烯烷化醚类中的一种或者几种的组合。
优选的，所述PVDF膜主要由以下原料制备而成：PVDF为7～10份，分散剂0.8～1份，增稠剂7～9份，粘合剂1～3份和水77～84.2份。
优选的，所述基膜选自聚乙烯、聚丙烯或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、聚酰亚胺无纺布膜、聚偏氟乙烯无纺布膜中的一种；
更优选的，所述基膜的厚度为5～25μm，更优选为10～15μm；
更优选的，所述基膜的孔隙率为30～60％。
所述的电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：在基膜上依次涂覆芳纶/陶瓷复合膜和PVDF膜；
优选的，所述芳纶/陶瓷复合膜采用微凹辊涂覆工艺进行涂覆；
优选的，所述PVDF膜采用微凹辊涂覆工艺或喷涂工艺进行涂覆，更有选的为喷涂工艺。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本申请所提供的电池隔膜，为多层复合隔膜，在保证隔膜耐高温同时，提升基膜与涂层的粘结性以及隔膜与极片粘结力，减小隔膜与极片之间的缝隙，降低界面电阻，提高电芯硬度。
(2)本申请所提供的电池隔膜的制备方法，工艺简单，可操作性强，生产成本低，制备出的电池隔膜在粘结性能、热收缩性能和透气性能方面突出。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
一种电池隔膜，包括依次连接的基膜、芳纶/陶瓷复合膜和PVDF膜。
陶瓷涂层隔膜耐热性好，吸液率高，抗氧化能力强；PVDF涂覆隔膜对电解液有良好的的润湿性和保液性，可有效粘接隔膜和极片，增加电池的循环性能，显著提高电池的安全性；芳纶涂层隔膜具有耐热性好、稳定性好。本专利在保证涂覆厚度不增加的基础之上，结合陶瓷、芳纶、PVDF涂覆优点，制备出多层复合隔膜。该复合隔膜在保证隔膜耐高温同时，提升基膜与涂层的粘结性以及隔膜与极片粘结力，减小隔膜与极片之间的缝隙，降低界面电阻，提高电芯硬度。
PVDF为聚偏氟乙烯，具有良好的化学稳定性和电绝缘性能。
优选的，所述电池隔膜的厚度为为18-30μm。
优选的，所述芳纶/陶瓷复合膜由芳纶浆料和陶瓷浆料制备而成，所述芳纶浆料与所述陶瓷浆料的质量比为0.5～1.5：1，更优选的质量比为0.5～1：1。
优选的，所述芳纶浆料包括按照重量份数计的如下组分：
纳米芳纶粉末20～30份，第一溶剂为20～30份，助溶剂为1～4份和造孔剂2～8份；
更优选的，所述第一溶剂DMAC、NMP、DMF、DMP中的一种或者几种的组合。
更优选的，所述助溶剂包括碱金属的强酸盐，更优选的，所述碱金属的强酸盐选自CaCl2、LiCl、NaCl和Na2SO4中的一种或者几种的组合。
优选的，所述芳纶浆料包括按照重量份数计的如下组分：纳米芳纶粉末22～26份，第一溶剂25～30份，助溶剂2～3份和造孔剂4～6份。
优选的，所述陶瓷浆料包括按照重量份数计的如下组分：
氧化铝为35～70份，粘合剂为2～5份和第二溶剂25～63份；
更优选的，所述粘合剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯酸中的一种或者几种的组合；
更优选的，第二溶剂选自异丙醇、丙二醇、二丙二醇中的一种或者几种的组合。
优选的，所述陶瓷浆料包括按照重量份数计的如下组分：
包括氧化铝为50～60份，粘合剂为4～5份和第二溶剂35～46份。
优选的，所述PVDF膜主要由以下原料制备而成：PVDF为5～15份，分散剂0.5～2份，增稠剂5～15份，粘合剂1～5份和水63～88.5份；
更优选的，所述增稠剂选自PVA、PEG、PVP、CMC中的一种或者几种的组合；
更优选的，所述粘合剂包括聚丙烯酸酯；
更优选的，所述分散剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硫醇类、酰肼类和硫醇缩醛类和聚氧化乙烯烷化醚类中的一种或者几种的组合。
优选的，所述PVDF膜主要由以下原料制备而成：PVDF为7～10份，分散剂0.8～1份，增稠剂7～9份，粘合剂1～3份和水77～84.2份。
优选的，所述基膜选自聚乙烯、聚丙烯或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、聚酰亚胺无纺布膜、聚偏氟乙烯无纺布膜中的一种；
更优选的，所述基膜的厚度为5～25μm，更优选为10～15μm；
更优选的，所述基膜的孔隙率为30～60％。
基膜的孔隙率，确保其透气性。
所述的电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：在基膜上依次涂覆芳纶/陶瓷复合膜和PVDF膜；
优选的，所述芳纶/陶瓷复合膜采用微凹辊涂覆工艺进行涂覆；
优选的，所述PVDF膜采用微凹辊涂覆工艺或喷涂工艺进行涂覆，更有选的为喷涂工艺。
涂布方式为微凹辊涂覆或喷涂，更优先选择喷涂，因喷涂可将涂层涂至0.5um，制备工艺简单，其主要的原理是将所需喷涂材料透过磁力泵加压输送至旋转盘内。使转盘高速旋转，于转盘中将材料切割成细小液滴。利用离心力将被切割好之液滴甩出至薄膜上。
实施例1
1)芳纶浆料配比：纳米芳纶粉末20份，DMAC为25份，CaCl2为1份，造孔剂DMC为4份。
2)陶瓷浆料配比：氧化铝为35份，聚偏氟乙烯为2份，异丙醇63份。
3)芳纶/陶瓷浆料：芳纶涂覆浆料与陶瓷涂覆浆料按照质量比0.5：1制备出芳纶/陶瓷混合浆料，通过微凹辊涂覆工艺并经过萃取工艺将芳纶/陶瓷混合浆料涂覆基膜上，制备出芳纶/陶瓷涂层隔膜。
其中所述的基膜厚度为12μm、孔隙率为30～60％的聚乙烯；
4)PVDF浆料制备：PVDF为7份，分散剂0.8份，PVA7份，聚丙烯酸酯1份，水84.2份，混合得到PVDF浆料，利用微凹辊涂覆至芳纶/陶瓷涂层隔膜上，得到最终多层复合涂层的电池隔膜。
实施例2
1)芳纶浆料配比：纳米芳纶粉末30份，NMP为30份，LiCl为4份，造孔剂DMC为6份。
2)陶瓷浆料配比：氧化铝为70份，聚四氟乙烯为5份，丙二醇为25份。
3)芳纶/陶瓷浆料：芳纶涂覆浆料与陶瓷涂覆浆料按照质量比1：1制备出芳纶/陶瓷混合浆料。
通过微凹辊涂覆工艺并经过萃取工艺将芳纶/陶瓷混合浆料涂覆基膜上，制备出芳纶/陶瓷涂层隔膜。
其中所述的基膜厚度为5μm、孔隙率为60％的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜；
4)PVDF浆料制备：PVDF为10份，十二烷基苯磺酸钠1份，PEG 9份，聚丙烯酸酯3份，水77份，得到PVDF浆料，利用喷涂工艺涂覆至芳纶/陶瓷涂层隔膜上，得到最终多层复合涂层的电池隔膜。
实施例3
1)芳纶浆料配比：纳米芳纶粉末22份，DMP为25份，CaCl2 2份，造孔剂DMC为4份。
2)陶瓷浆料配比：氧化铝为50份，丁苯橡胶为4份，二丙二醇46份。
3)芳纶/陶瓷浆料：芳纶涂覆浆料与陶瓷涂覆浆料按照质量比0.5～1：1制备出芳纶/陶瓷混合浆料。通过微凹辊涂覆工艺并经过萃取工艺将芳纶/陶瓷混合浆料涂覆基膜上，制备出芳纶/陶瓷涂层隔膜。
其中所述的基膜厚度为10μm、孔隙率为40％的聚偏氟乙烯无纺布膜；
4)PVDF浆料制备：PVDF为5份，十二烷基硫酸钠0.5～2份，PVP5份，粘合剂1份和水88.5份，混合得到PVDF浆料，利用喷涂工艺涂覆至芳纶/陶瓷涂层隔膜上，得到最终多层复合涂层电池隔膜。
实施例4
1)芳纶浆料配比：纳米芳纶粉末36份，DMP30份，LiCl 3份和造孔剂6份。
2)陶瓷浆料配比：氧化铝为60份，粘合剂为5份，聚四氟乙烯35份。
3)芳纶/陶瓷浆料：芳纶涂覆浆料与陶瓷涂覆浆料按照质量比0.5：1制备出芳纶/陶瓷混合浆料。
通过微凹辊涂覆工艺并经过萃取工艺将芳纶/陶瓷混合浆料涂覆基膜上，制备出芳纶/陶瓷涂层隔膜。
其中所述的基膜厚度为15μm、孔隙率40％的聚酰亚胺无纺布膜；
4)PVDF浆料制备：PVDF为15份，硫醇缩醛类2份，CMC 15份，聚丙烯酸酯5份和水63份，混合得到PVDF浆料，利用喷涂工艺涂覆至芳纶/陶瓷涂层隔膜上，得到最终多层复合涂层隔膜。
对比例1，采用实施例1所提供的原料组成，在基膜上只涂覆同等厚度的芳纶/陶瓷复合膜。
对比例1，采用实施例1所提供的原料组成，在基膜上只涂覆覆同等厚度的PVDF膜。
实验例电池隔膜厚度对比
对比结果如表1所示。
实验结果表明，本申请所提供的电池隔膜，在同样的厚度下，制备出的电池隔膜在粘结性能、热收缩性能和透气性能方面突出。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims (10)

1.一种电池隔膜，其特征在于，包括依次连接的基膜、芳纶/陶瓷复合膜和PVDF膜；
优选的，所述电池隔膜的厚度为18-30μm。
2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述芳纶/陶瓷复合膜由芳纶浆料和陶瓷浆料制备而成，所述芳纶浆料与所述陶瓷浆料的质量比为0.5～1.5：1，优选的质量比为0.5～1：1。
3.根据权利要求2所述的电池隔膜，其特征在于，所述芳纶浆料包括按照重量份数计的如下组分：
纳米芳纶粉末20～30份，第一溶剂为20～30份，助溶剂为1～4份和造孔剂2～8份；
优选的，所述第一溶剂DMAC、NMP、DMF、DMP中的一种或者几种的组合；
优选的，所述助溶剂包括碱金属的强酸盐，更优选的，所述碱金属的强酸盐选自CaCl2、LiCl、NaCl和Na2SO4中的一种或者几种的组合。
4.根据权利要求3所述的电池隔膜，其特征在于，所述芳纶浆料包括按照重量份数计的如下组分：纳米芳纶粉末22～26份，第一溶剂25～30份，助溶剂2～3份和造孔剂4～6份。
5.根据权利要求2所述的电池隔膜，其特征在于，所述陶瓷浆料包括按照重量份数计的如下组分：
氧化铝为35～70份，粘合剂为2～5份和第二溶剂25～63份；
优选的，所述粘合剂选自聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯酸中的一种或者几种的组合；
优选的，第二溶剂选自异丙醇、丙二醇、二丙二醇中的一种或者几种的组合。
6.根据权利要求5所述的电池隔膜，其特征在于，所述陶瓷浆料包括按照重量份数计的如下组分：
包括氧化铝为50～60份，粘合剂为4～5份和第二溶剂35～46份。
7.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述PVDF膜主要由以下原料制备而成：PVDF为5～15份，分散剂0.5～2份，增稠剂5～15份，粘合剂1～5份和水63～88.5份；
优选的，所述增稠剂选自PVA、PEG、PVP、CMC中的一种或者几种的组合；
优选的，所述粘合剂包括聚丙烯酸酯；
优选的，所述分散剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硫醇类、酰肼类和硫醇缩醛类和聚氧化乙烯烷化醚类中的一种或者几种的组合。
8.根据权利要求7所述的电池隔膜，其特征在于，所述PVDF膜主要由以下原料制备而成：PVDF为7～10份，分散剂0.8～1份，增稠剂7～9份，粘合剂1～3份和水77～84.2份。
9.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述基膜选自聚乙烯、聚丙烯或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、聚酰亚胺无纺布膜、聚偏氟乙烯无纺布膜中的一种；
优选的，所述基膜的厚度为5～25μm，更优选为10～15μm；
优选的，所述基膜的孔隙率为30～60％。
10.根据权利要求1-9任一项所述的电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在基膜上依次涂覆芳纶/陶瓷复合膜和PVDF膜；
优选的，所述芳纶/陶瓷复合膜采用微凹辊涂覆工艺进行涂覆；
优选的，所述PVDF膜采用微凹辊涂覆工艺或喷涂工艺进行涂覆，更有选的为喷涂工艺。
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