CN108832063A - 一种pvdf涂覆的锂电隔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PVDF涂覆的锂电隔膜及其制备方法，本发明的锂电隔膜包括基膜和涂覆于基膜单侧或双侧的PVDF涂层，且隔膜由基膜经PVDF分散浆料涂布、烘干后制得，且涂层厚度为1～2μm，涂层中PVDF颗粒的排列呈团聚态。本发明的锂电隔膜表面的PVDF涂覆层中PVDF颗粒是以团聚态排列，所制备的锂电隔膜制备成锂电电池使用后其透气性能变化较小，对锂离子电池隔膜的孔隙结构不会造成影响，从而提高了隔膜的浸润性，促进了锂离子的迁移，满足动力电池的需要，使得锂电池的电池容量高、电阻低、安全性能得到极大提升。同时本发明的工艺简单，成本低，可实现规模化生产。

Description

一种PVDF涂覆的锂电隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂电隔膜技术领域。具体地说是PVDF涂覆的锂电隔膜，本发明还涉及该锂电隔膜的制备方法。
背景技术
锂离子电池(简称锂电)包括正极、负极、隔膜和电解质，隔膜吸收电解液后可隔离正、负极，以防止电池短路，同时允许锂离子的传导。在过度充电或者温度升高时，隔膜通过闭孔来阻隔电流传导，防止爆炸。隔膜性能决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能，充放电电流密度等关键特性，性能优异的隔膜对提高电池及动力电池的综合性能有重要作用。
锂电基膜上涂覆有PVDF树脂粉为目前常用的锂电隔膜，PVDF涂层可与锂电的电解质结合成稳定的聚合物电解质，显著提高锂电的安全性、循环性、电芯一致性，同时降低电池膨胀率，使电池更薄更结实。
现在锂电PVDF隔膜的涂覆技术中，常采用丙酮为溶剂的油性涂覆工艺，该工艺进行涂覆后，由于油性浆料与隔膜材质相容性较好，浆料会渗透到基膜的微孔中，造成隔膜堵孔，影响电池性能。
在专利CN105552277A中，公开了一种用水作PVDF材料的溶剂，且不添加增稠剂，得到低粘度水性PVDF涂覆浆料，使用该浆料涂覆后得到PVDF颗粒排列整齐且相对密集的超薄涂层。但是由于隔膜涂层中的PVDF颗粒整齐排列，可做一般消费类电池，因为在其作为动力电池使用过程中易溶胀，再次造成隔膜堵孔现象，降低隔膜的透气性，不利于锂电子在隔膜内部的迁移，导致由该隔膜制备的电池性能降低，不能满足动力电池的使用需要。因此，提供一种电容量高、稳定性好、透气性好的锂电隔膜是目前动力电池研究中亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明于提供一种PVDF涂层呈团聚态分布的锂电隔膜及其制备方法。本发明的锂电隔膜表面涂覆的PVDF颗粒以团聚态形式存在，从而对基膜的透气基本不产生影响，透气增值较低，更加便于锂离子的迁移，使电池的性能可以得到更好地发挥，符合动力电池的使用需求。
一种PVDF涂覆的锂电隔膜，基膜和涂覆于基膜单侧或双侧的PVDF涂层，且隔膜由基膜经PVDF分散浆料涂布、烘干后制得，其特征在于：所述涂层厚度为1～2μm，且涂层中PVDF颗粒的排列呈团聚态。
优选的，所述隔膜的透气度为130～280s/100mL。
优选的，所述PVDF分散浆料包括重量分数为5～10％PVDF基料，其余为去离子水。
优选的，所述PVDF基料包括以下重量组分的原料：PVDF树脂粉5～20份，增稠剂0.5～5份，脂肪酸类分散剂0.5～5份，BYK-1785消泡剂0.5～2份，聚丙烯酸酯乳液0.2～10份。
优选的，所述PVDF树脂粉为偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物粉末且粒径为100～150nm的球形颗粒，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮K30中的一种，所述脂肪酸类分散剂为甘油二酯。甘油三酯中的一种或两种，所述聚丙烯酸酯乳液的固含量为55％～60％。
一种PVDF涂覆的锂电隔膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤:
(1)按比例称取PVDF树脂粉、增稠剂、分散剂、消泡剂、水溶性粘合剂和去离子水，在室温下用研磨1h，制得PVDF分散浆料；
(2)将上述PVDF分散浆料涂布于基膜的一侧或双侧，再经过80℃恒定温度下干燥1～2min，形成厚度为1～2um的涂层隔膜产品。
优选的，所述基膜为PE膜，基膜厚度为7～25um，孔隙率为30～50％。
优选的，所述涂布方式为微凹版涂布。
将本发明制备的PVDF涂覆的锂电隔膜应用于动力锂电池中，可获得电池容量高、电阻低且安全性能好的锂离子电池。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：本发明的锂电隔膜表面的PVDF涂覆层中PVDF颗粒是以团聚态排列，所制备的锂电隔膜制备成锂电电池使用后其透气性能变化较小，对锂离子电池隔膜的孔隙结构不会造成影响，从而提高了隔膜的浸润性，促进了锂离子的迁移，满足动力电池的需要，使得锂电池的电池容量高、电阻低、安全性能得到极大提升。同时本发明的工艺简单，成本低，可实现规模化生产。
附图说明
图1是实施例1制备的PVDF涂覆的锂电隔膜SEM图。
具体实施方式
实施例1
称取偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物粉末(粒径为120nm球形颗粒)10Kg，羧甲基纤维素钠4Kg，甘油二酯5Kg，BYK-1785消泡剂1Kg，固含量为58％的聚丙烯酸酯乳液5Kg，去离子水250Kg。
将上述原料混合后研磨1小时制成PVDF分散浆料，浆料的粘度为0.8Pa·s。采用微凹版式涂布方式将PVDF分散浆料涂布于厚度20μm、孔隙率为38％的PE膜的双侧，经恒定温度为80℃干燥2min，形成涂层厚度为1μm的锂电隔膜。测定本发明的锂电隔膜的透气度为130s/100mL。
实施例2
称取偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物粉末(粒径为100nm球形颗粒)10Kg，羧甲基纤维素钠2Kg，甘油二酯4Kg，BYK-1785消泡剂1Kg，固含量为58％的聚丙烯酸酯乳液6Kg，去离子水300Kg。
将上述原料混合后研磨1小时制成PVDF分散浆料，浆料的粘度为0.5Pa·s。采用微凹版式涂布方式将PVDF分散浆料涂布于厚度20μm、孔隙率为38％的PE膜的双侧，经恒定温度为80℃干燥2min，形成涂层厚度为1μm的锂电隔膜。测定本发明的锂电隔膜的透气度为180s/100ml。
实施例3
称取偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物粉末(粒径为130nm球形颗粒)10Kg，羧聚乙烯吡咯烷酮K30增稠剂2Kg，甘油二酯4Kg，BYK-1785消泡剂1Kg，固含量为60％的聚丙烯酸酯乳液6Kg，去离子水300Kg。
将上述原料混合后研磨1小时制成PVDF分散浆料，浆料的粘度为0.2Pa·s。采用微凹版式涂布方式将PVDF分散浆料涂布于厚度20μm、孔隙率为38％的PE膜的双侧，经恒定温度为80℃干燥2min，形成涂层厚度为1μm的锂电隔膜。测定本发明的锂电隔膜的透气度为200s/100ml。
实施例4
称取偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物粉末(粒径为130nm球形颗粒)10Kg，羧甲基纤维素钠2Kg，甘油三酯4Kg，BYK-1785消泡剂1Kg，固含量为55％的聚丙烯酸酯乳液6Kg，去离子水300Kg。
将上述原料混合后研磨1小时制成PVDF分散浆料，浆料的粘度为0.2Pa·s。采用微凹版式涂布方式将PVDF分散浆料涂布于厚度20μm、孔隙率为38％的PE膜的双侧，经恒定温度为80℃干燥2min，形成涂层厚度为1μm的锂电隔膜。测定本发明的锂电隔膜的透气度为230s/100ml
对比例1
参照专利CN105552277A中实施例1的制备工艺，称取偏氟聚乙烯均聚物粉末6.5kg，丁苯乳胶0.3kg，磷酸三乙酯1kg，氟代烷基甲氧基醚醇0.2kg，去离子水792kg。
将磷酸三乙酯与去离子水混合，搅拌10分钟，加热至50℃制成混合物一；将混合物一中加入偏氟聚乙烯均聚物粉末研磨1小时候得到混合物二；向混合物二中加入丁苯乳胶、氟代烷基甲氧基醚醇搅拌均匀后，用400目不锈钢筛网过滤即制得PVDF浆料，浆料粘度为3Pa·s；采用微凹版式涂布方式将PCDF浆料涂布于厚度20μm、孔隙率为38％的PE膜的双侧，经三级烘箱进行烘干，烘干温度分别为55℃、70℃、60℃，干燥后形成涂层厚度为0.1μm的锂电隔膜。测定该锂电隔膜的透气度为138s/100ml。
应用
分别将实施例1～4和对比文件1制备的隔膜材料应用于锂电池中作为电池隔膜，以LiCoO2为正极材料，以Li为负极材料，制成扣式电池C1～C5。分别首先测量扣式电池的电池容量和内阻，然后对上述电池进行常规规循环充放电性能测试，即分别采用1.0C恒流恒压充电/2.0C恒流放电进行循环充放电测试，待电池容量下降10％时结束，测定充放电次数，测试结果如表1所示，
表1
电池容量mAh 内阻Ω 循环充放电次数
C1 2.52 3.1 60
C2 2.54 3.0 59
C3 2.51 3.2 61
C4 2.50 3.2 58
C5 2.50 4.1 42
表1可以看出，对比例1制备的锂电电池的电池容量下降10％时，所充放电次数远远小于本发明的实施例制备的锂电电池，说明对比文件制备的隔膜经过一定次数的使用后，隔膜的透气性大大降低，电池的容量和稳定性低，均难以满足动力电池的需求。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明精神的基础之下，本领域普通技术人员可以对本发明的技术方案做出的各种修改和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围。

Claims (9)

1.一种PVDF涂覆的锂电隔膜，包括基膜和涂覆于基膜单侧或双侧的PVDF涂层，且隔膜由基膜经PVDF分散浆料涂布、烘干后制得，其特征在于：所述涂层厚度为1～2μm，且涂层中PVDF颗粒的排列呈团聚态。
2.根据权利要求1所述的PVDF涂覆的锂电隔膜，其特征在于，所述隔膜的透气度为130～280s/100mL。
3.根据权利要求1所述的PVDF涂覆的锂电隔膜，其特征在于，所述PVDF分散浆料包括重量分数为5～10％PVDF基料，其余为去离子水。
4.根据权利要求3所述的PVDF涂覆的锂电隔膜，其特征在于，所述PVDF基料包括以下重量组分的原料：
PVDF树脂粉5～20份，
增稠剂0.5～5份，
脂肪酸类分散剂0.5～5份，
BYK-1785消泡剂0.5～2份，
聚丙烯酸酯乳液0.2～10份。
5.根据权利要求4所述的PVDF涂覆的锂电隔膜，其特征在于：所述PVDF树脂粉为偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物粉末且粒径为100～150nm的球形颗粒，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮K30中的一种，所述脂肪酸类分散剂为甘油二酯、甘油三酯中的一种或两种，所述聚丙烯酸酯乳液的固含量为55％～60％，。
6.根据权利1～5任一项所述的PVDF涂覆的锂电隔膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤:
(1)按比例称取PVDF树脂粉、增稠剂、分散剂、消泡剂、水溶性粘合剂和去离子水，在室温下研磨1h，制得PVDF分散浆料；
(2)将上述PVDF分散浆料涂布于基膜的一侧或双侧，再经过80℃恒定温度下干燥1～2min，形成厚度为1～2um的涂层隔膜产品。
7.根据权利要求6所述的PVDF涂覆的锂电隔膜的制备方法，其特征在于，所述基膜为PE膜，基膜厚度为7～25um，孔隙率为30～50％。
8.根据权利要求6所述的PVDF涂覆的锂电隔膜的制备方法，其特征在于，所述涂布方式为微凹版涂布。
9.如权利要求1～5任一项所述的PVDF涂覆的锂电隔膜于动力锂电池中的应用。
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