CN108864930A - 芳纶溶解液及其制备方法和芳纶隔膜涂覆液及其制作方法以及隔膜 - Google Patents

芳纶溶解液及其制备方法和芳纶隔膜涂覆液及其制作方法以及隔膜 Download PDF

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Abstract

本发明涉及涂覆技术领域，具体而言，涉及一种芳纶溶解液及其制备方法和芳纶隔膜涂覆液及其制作方法以及隔膜。该方法包括：将造孔剂加入如上述的芳纶溶解液中，搅拌均匀后，得第一分散液。将陶瓷材料颗粒加入有机溶剂中，得第二分散液。将第一分散液和第二分散液混合搅拌均匀后过滤出料。该方法制备简单，可行性强。该方法采用溶解间位芳纶，节省成本，最大限度保留间位芳纶隔膜涂覆液的原有粘度和特性，改善其性能，130℃热收缩率降低8％‑10％，针刺强度增强4％‑5％，透气率降低5％‑8％，拉伸强度增强4％‑5％。

Description

芳纶溶解液及其制备方法和芳纶隔膜涂覆液及其制作方法以 及隔膜
技术领域
本发明涉及涂覆技术领域，具体而言，涉及一种芳纶溶解液及其制备方法和芳纶隔膜涂覆液及其制作方法以及隔膜。
背景技术
通过涂覆工艺一是可提升隔膜的热稳定性、改善其机械强度，防止隔膜收缩而导致的正负极大面积接触；二是能提高其耐刺穿能力，防止电池长期循环锂枝晶刺穿隔膜引发的短路；三是陶瓷涂层的孔隙率大于隔膜的孔隙率，有利于增强隔膜的保液性和浸润性。
现有技术中，涂覆完隔膜的热收缩相对较大，影响其使用寿命。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种芳纶溶解液的制备方法，该方法操作简单，能够有效改善热收缩率。
本发明的第二目的在于提供一种芳纶溶解液。
本发明的第三目的在于提供一种芳纶隔膜涂覆液的制作方法，该方法制备简单，可行性强。
本发明的第四目的在于提供一种芳纶隔膜涂覆液，该芳纶隔膜涂覆液涂覆于隔膜上，能够有效地改善隔膜的热收缩。
本发明的第五目的在于提供一种隔膜，该隔膜热收缩小，机械强度高。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
一种芳纶溶解液的制备方法，包括：将助溶剂溶解到有机溶剂中，得到第一溶解液；其中，以质量百分比计，助溶剂的含量为有机溶剂含量的 1％-4％；将芳纶纤维溶解到有机溶剂中，得到第二溶解液；其中，以质量百分比计，芳纶纤维的含量为有机溶剂含量的7％-15％；将第一溶解液和第二溶解液混合后进行水浴加热搅拌直至芳纶纤维溶解完全。
一种芳纶溶解液，该芳纶溶解液采用如上述的芳纶溶解液的制备方法制得。
一种芳纶隔膜涂覆液的制作方法，包括：将造孔剂加入如上述的芳纶溶解液中，搅拌均匀后，得第一分散液；其中，以质量百分比计，造孔剂的含量为芳纶溶解液含量的4％-6％；将陶瓷材料颗粒加入有机溶剂中，得第二分散液；其中，以质量百分比计，陶瓷材料颗粒的含量为有机溶剂含量的20％-30％；将第一分散液和第二分散液混合搅拌均匀后过滤出料。
一种芳纶隔膜涂覆液，该芳纶隔膜涂覆液采用如上述的芳纶隔膜涂覆液的制作方法制得。
一种隔膜，该隔膜包括：隔膜本体；以及如上述的芳纶隔膜涂覆液；芳纶隔膜涂覆液涂覆在隔膜本体的表面。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种芳纶溶解液的制备方法，包括：将助溶剂溶解到有机溶剂中，得到第一溶解液。其中，以质量百分比计，助溶剂的含量为有机溶剂含量的1％-4％；将芳纶纤维溶解到有机溶剂中，得到第二溶解液。其中，以质量百分比计，芳纶纤维的含量为有机溶剂含量的7％-15％。将第一溶解液和第二溶解液混合后进行水浴加热搅拌直至芳纶纤维溶解完全。该方法操作简单，能够有效改善热收缩率。
本发明提供的一种芳纶溶解液，该芳纶溶解液采用如上述的芳纶溶解液的制备方法制得。该芳纶溶解液能够有效地降低隔膜热收缩率。
本发明提供的一种芳纶隔膜涂覆液的制作方法，包括：将造孔剂加入如上述的芳纶溶解液中，搅拌均匀后，得第一分散液；其中，以质量百分比计，造孔剂的含量为芳纶溶解液含量的4％-6％；将陶瓷材料颗粒加入有机溶剂中，得第二分散液；其中，以质量百分比计，陶瓷材料颗粒的含量为有机溶剂含量的20％-30％；将第一分散液和第二分散液混合搅拌均匀后过滤出料。该方法制备简单，可行性强。该方法采用溶解间位芳纶，节省成本，最大限度保留间位芳纶隔膜涂覆液的原有粘度和特性，改善其性能，130℃热收缩率降低8％-10％，针刺强度增强4％-5％，透气率降低5％-8％，拉伸强度增强4％-5％。
本发明提供的一种芳纶隔膜涂覆液，该芳纶隔膜涂覆液采用如上述的芳纶隔膜涂覆液的制作方法制得。该芳纶隔膜涂覆液涂覆于隔膜上，能够有效地改善隔膜的热收缩。
本发明提供的一种隔膜，该隔膜包括：隔膜本体；以及如上述的芳纶隔膜涂覆液；芳纶隔膜涂覆液涂覆在隔膜本体的表面。该隔膜热收缩小，机械强度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为对比例提供的芳纶隔膜涂覆液的扫描电镜图；
图2为实施例1-4提供的芳纶隔膜涂覆液的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面对本发明实施例的芳纶溶解液及其制备方法和芳纶隔膜涂覆液及其制作方法以及隔膜进行具体说明。
本发明实施例提供的一种芳纶溶解液的制备方法，包括：
S1、将助溶剂溶解到有机溶剂中，得到第一溶解液。
进一步地，有机溶剂选自二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮 (NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或者邻苯二甲酸二甲酯(DMP)中的任意一种。
二甲基乙酰胺，分子式CH3CON(CH3)2，无色透明液体，低毒，可燃。能与水、醇、醚、酯、苯、三氯甲烷和芳香化合物等有机溶剂任意混合。
甲基吡咯烷酮，无色透明油状液体，微有胺的气味。挥发度低，热稳定性、化学稳定性均佳，能随水蒸气挥发。有吸湿性。对光敏感。易溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、氯仿和苯，能溶解大多数有机与无机化合物、极性气体、天然及合成高分子化合物。
N,N-二甲基甲酰胺，无色透明液体，既是一种用途极广的化工原料，也是一种用途很广的优良的溶剂。极性惰性溶剂。除卤化烃以外能与水及多数有机溶剂任意混合。对多种有机化合物和无机化合物均有良好的溶解能力和化学稳定性。
邻苯二甲酸二甲酯，无色透明微黄色油状液体,稍有芳香味，能与乙醇、乙醚等一般有机溶剂混溶，不溶于水和石油醚。用作驱蚊油(原油)、聚氟乙烯涂料、过氧化甲乙酮以及滴滴涕的溶剂。
需要说明的是，上述的有机溶剂也可以选择本领域其他常见的与前述四种溶剂具有相似性能的有机溶剂。
进一步地，助溶剂选自氯化钙溶液或者氯化锂溶液中的至少一种。
需要说明的是，在本发明其他可选的实施例中，上述的助溶剂也可以选择本领域其他可适用的助溶剂。
可选地，上述的助溶剂选择氯化钾、氯化镁、氯化锶、氯化钡等。
采用上述的有机溶剂将上述的助溶剂溶解之后，再与芳纶纤维材料溶液混合后溶解，不仅能够有效地提高芳纶纤维材料的溶解性，而且能够最大限度保留芳纶纤维材料的原有特性，改善其性能。
进一步地，以质量百分比计，助溶剂的含量为有机溶剂含量的1％-4％。
通过将上述的助溶剂的含量选择设置为为有机溶剂含量的1％-4％，不仅能够使得助溶剂充分地溶解在上述的有机溶剂中，也为后续对芳纶纤维材料的性能的改善提供了有利的保证。
S2、将芳纶纤维溶解到有机溶剂中，得到第二溶解液。
采用将芳纶纤维溶解到有机溶剂中后，再将助溶剂溶解液和芳纶纤维溶解液混合，不仅节约成本，而且能够有效地保证芳纶纤维原有的性能。
具体地，有机溶剂选自二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺或者邻苯二甲酸二甲酯中的任意一种。
同样地，上述的有机溶剂也可以选择本领域其他常见的与前述四种溶剂具有相似性能的有机溶剂。
进一步地，在本实施例中，上述的芳纶纤维选择间位芳纶纤维。
间位芳纶，全称是聚间苯二甲酰间苯二胺。聚间苯二甲酰间苯二胺是排列规整的锯齿型大分子，在熔融以前就已经分解，玻璃化温度Tg为270℃，在350℃以下不会发生明显的分解和碳化。当温度超过400℃时，纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但是不会产生熔滴；在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，极限氧指数LOI为29％—32％，性能极佳。
在本实施例中选择间位芳纶有助于改善后续制备的芳纶隔膜涂覆液的热收缩性。
进一步地，以质量百分比计，以质量百分比计，芳纶纤维的含量为有机溶剂含量的7％-15％。
通过将上述的芳纶纤维的含量选择设置为有机溶剂含量的7％-15％，不仅能够使得芳纶纤维完全地溶解在有机溶剂中，而且也能够完全地被前述的助溶剂改善，从而为后续改善芳纶隔膜涂覆液的热收缩性提供有利的保障。
S3、将第一溶解液和第二溶解液混合后进行水浴加热搅拌直至芳纶纤维溶解完全。
需要说明的是，上述水浴加热的温度可以根据实际的情况进行选择设置。
进一步地，在本实施例中，上述的进行水浴加热搅拌的时间选择设置为4-7小时。
进一步地，芳纶纤维溶解完全后还对芳纶溶解液隔绝空气，放置至室温。
本发明的一些实施方式还提供一种芳纶溶解液，该芳纶溶解液采用如上述的芳纶溶解液的制备方法制得。
本发明的一些实施方式还提供一种芳纶隔膜涂覆液的制作方法，包括：
S1、将造孔剂加入前述的芳纶溶解液中，搅拌均匀后，得第一分散液。
需要说明的是，上述的造孔剂可以选择本领域常见的造孔剂。
进一步地，以质量百分比计，造孔剂的含量为芳纶溶解液含量的4％-6％。
通过将上述的造孔剂的含量为芳纶溶解液含量的4％-6％，能够保证后续制得的芳纶隔膜涂覆液的孔隙率较大，进而有助于改善芳纶隔膜涂覆液的热收缩率。
S2、将陶瓷材料颗粒加入有机溶剂中，得第二分散液。
进一步地，陶瓷材料颗粒选自氧化铝颗粒、钛酸钡颗粒、氢氧化镁颗粒或者二氧化硅颗粒中的至少一种。
需要说明的是，上述的陶瓷材料颗粒也可以选择本领域其他具有相同性质的陶瓷材料。
进一步地，以质量百分比计，陶瓷材料颗粒的含量为有机溶剂含量的 20％-30％。
通过将上述的陶瓷材料颗粒的含量设置为有机溶剂含量的20％-30％，使得，能够最大限度保留间位芳纶隔膜涂覆液的原有粘度和特性，改善其性能。
S3、将第一分散液和第二分散液混合搅拌均匀后过滤出料。
具体地，将第一分散液和第二分散液混合，不搅拌直至均匀，过滤出料，完成芳纶隔膜涂覆浆料。
本发明的一些实施方式还提供芳纶隔膜涂覆液，该芳纶隔膜涂覆液采用如上述的芳纶隔膜涂覆液的制作方法制得。
本发明的一些实施方式还提供一种隔膜，该隔膜包括：隔膜本体；以及如上述的芳纶隔膜涂覆液；其中，芳纶隔膜涂覆液涂覆在隔膜本体的表面。该隔膜热收缩小，机械强度高。具体地，130℃热收缩率降低8％-10％，针刺强度增强4％-5％，透气率降低5％-8％，拉伸强度增强4％-5％。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述：
实施例1
本实施例提供的一种芳纶隔膜涂覆液，该芳纶隔膜涂覆液是这样制备的：
将CaCl2溶解到DMAC溶剂中,其中，CaCl2的质量是DMAC溶剂1wt％；然后将间位芳纶溶解到DMAC溶剂中其中，间位芳纶的质量是DMAC溶剂7wt％。水浴加热搅拌4h，直至芳纶纤维溶解完全，隔绝空气，放置至室温，制得芳纶溶解液。
将造孔剂加入芳纶溶解液中，其中，造孔剂的质量是芳纶溶解液4％，充分搅拌完成，放入用DMAC溶剂分散完成的氧化铝颗粒浆料,其中，氧化铝颗粒占DMAC溶剂总质量的20wt％。搅拌均匀，过滤出料，完成芳纶隔膜涂覆浆料。
实施例2
本实施例提供的一种芳纶隔膜涂覆液，该芳纶隔膜涂覆液是这样制备的：
将LiCl溶解到NMP溶剂中,其中，LiCl的质量是NMP溶剂4wt％；然后将间位芳纶溶解到NMP溶剂中其中，间位芳纶的质量是NMP溶剂 15wt％。水浴加热搅拌7h，直至芳纶纤维溶解完全，隔绝空气，放置至室温，制得芳纶溶解液。
将造孔剂加入芳纶溶解液中，其中，造孔剂的质量是芳纶溶解液6％，充分搅拌完成，放入用NMP溶剂分散完成的氧化铝颗粒浆料,其中，氧化铝颗粒占NMP溶剂总质量的30wt％。搅拌均匀，过滤出料，完成芳纶隔膜涂覆浆料。
实施例3
本实施例提供的一种芳纶隔膜涂覆液，该芳纶隔膜涂覆液是这样制备的：
将CaCl2溶解到DMF溶剂中,其中，CaCl2的质量是DMF溶剂2wt％；然后将间位芳纶溶解到DMF溶剂中其中，间位芳纶的质量是DMF溶剂 10wt％。水浴加热搅拌5h，直至芳纶纤维溶解完全，隔绝空气，放置至室温，制得芳纶溶解液。
将造孔剂加入芳纶溶解液中，其中，造孔剂的质量是芳纶溶解液5％，充分搅拌完成，放入用DMF溶剂分散完成的氧化铝颗粒浆料,其中，氧化铝颗粒占DMF溶剂总质量的25wt％。搅拌均匀，过滤出料，完成芳纶隔膜涂覆浆料。
实施例4
本实施例提供的一种芳纶隔膜涂覆液，该芳纶隔膜涂覆液是这样制备的：
将LiCl溶解到DMP溶剂中,其中，LiCl的质量是DMP溶剂3wt％；然后将间位芳纶溶解到DMP溶剂中其中，间位芳纶的质量是DMP溶剂12wt％。水浴加热搅拌6h，直至芳纶纤维溶解完全，隔绝空气，放置至室温，制得芳纶溶解液。
将造孔剂加入芳纶溶解液中，其中，造孔剂的质量是芳纶溶解液4.5％，充分搅拌完成，放入用DMP溶剂分散完成的氧化铝颗粒浆料,其中，氧化铝颗粒占DMP溶剂总质量的26wt％。搅拌均匀，过滤出料，完成芳纶隔膜涂覆浆料。
对比例
一种芳纶隔膜涂覆液，该芳纶隔膜涂覆液是这样制备的：将芳纶纤维溶解在有机溶剂中，其中，芳纶纤维占有机溶剂质量比为为6％-8％；然后再加入助溶剂，水浴加热，每隔一段时间搅拌一次。助溶剂占有机溶剂质量比为4％-6％。
实验例：
1、将实施例1-4提供的芳纶隔膜涂覆液以及对比例提供的芳纶隔膜涂覆液分别涂覆在相同的隔膜表面，考察隔膜的性能。
实验结果见下表：表中，差值指实施例1-4的平均值与对比例1的值的差值。表中各个实验均采用本领域常规测试方法。
从上表可以看出，采用本发明实施例提供的芳纶隔膜涂覆液制备得到的隔膜，最大限度保留间位芳纶隔膜涂覆液的原有粘度和特性，改善了隔膜的性能，130℃热收缩率降低8％-10％，针刺强度增强4％-5％，透气率降低5％-8％，拉伸强度增强4％-5％。
2、采用扫描电镜对实施例1-4提供的芳纶隔膜涂覆液以及对比例提供的芳纶隔膜涂覆液进行观察，结果见图1和图2。
其中，图1为对比例提供的芳纶隔膜涂覆液的形貌图；
图2为实施例1-4提供的芳纶隔膜涂覆液的形貌图。
结合图1和图2可以看出，本实施例提供的芳纶隔膜涂覆液孔隙相对于对比例显著地增大，这种孔隙有助于改善热收缩率，从而进一步地证明了本实施例提供的芳纶隔膜涂覆液能够有效地改善隔膜的热收缩率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种芳纶溶解液的制备方法，其特征在于，包括：
将助溶剂溶解到有机溶剂中，得到第一溶解液；其中，以质量百分比计，所述助溶剂的含量为所述有机溶剂含量的1％-4％；
将芳纶纤维溶解到所述有机溶剂中，得到第二溶解液；其中，以质量百分比计，所述芳纶纤维的含量为所述有机溶剂含量的7％-15％；
将所述第一溶解液和所述第二溶解液混合后进行水浴加热搅拌直至所述芳纶纤维溶解完全。
2.如权利要求1所述的芳纶溶解液的制备方法，其特征在于，
所述有机溶剂选自二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺或者邻苯二甲酸二甲酯中的任意一种。
3.如权利要求1所述的芳纶溶解液的制备方法，其特征在于，
进行水浴加热搅拌的时间为4-7h。
4.如权利要求1-3任一项所述的芳纶溶解液的制备方法，其特征在于，
所述助溶剂选自氯化钙溶液或者氯化锂溶液中的至少一种。
5.如权利要求4所述的芳纶溶解液的制备方法，其特征在于，
所述芳纶纤维溶解完全后还对所述芳纶溶解液隔绝空气，放置至室温。
6.一种芳纶溶解液，其特征在于，
所述芳纶溶解液采用如权利要求1-5任一项所述的芳纶溶解液的制备方法制得。
7.一种芳纶隔膜涂覆液的制作方法，其特征在于，包括：
将造孔剂加入如权利要求6所述的芳纶溶解液中，搅拌均匀后，得第一分散液；其中，以质量百分比计，所述造孔剂的含量为所述芳纶溶解液含量的4％-6％；
将陶瓷材料颗粒加入有机溶剂中，得第二分散液；其中，以质量百分比计，所述陶瓷材料颗粒的含量为所述有机溶剂含量的20％-30％；
将所述第一分散液和所述第二分散液混合搅拌均匀后过滤出料。
8.如权利要求7所述的一种芳纶隔膜涂覆液的制作方法，其特征在于，
所述陶瓷材料颗粒选自氧化铝颗粒、钛酸钡颗粒、氢氧化镁颗粒或者二氧化硅颗粒中的至少一种。
9.一种芳纶隔膜涂覆液，其特征在于，
所述芳纶隔膜涂覆液采用如权利要求7或8所述的芳纶隔膜涂覆液的制作方法制得。
10.一种隔膜，其特征在于，所述隔膜包括：
隔膜本体；以及
如权利要求9所述的芳纶隔膜涂覆液；所述芳纶隔膜涂覆液涂覆在所述隔膜本体的表面。
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