CN109004150A - 电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法及无机隔膜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法及无机隔膜，通过将无机粒子溶解于水中形成初级浆料，将水基粘结剂溶于水中形成胶液，再将胶液加入初级浆料中并搅拌均匀形成无机隔膜浆料。本发明还公开了一种电极支撑型无机隔膜。本发明可以有效防止无机隔膜在电解液中掉粉，增强了无机隔膜的涂覆性能，增强了电池的安全性。

Description

电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法及无机隔膜

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜制备技术领域，具体涉及一种电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法及无机隔膜。

背景技术

随着电池在电力储能系统中的应用，尤其是，锂电池在电动汽车中的广泛应用，电池的安全性也越来越受到关注。电池一般是由正极、负极、隔膜和电解质组成，隔膜的主要功能是保持正极和负极隔开，以防止短路，同时允许离子的快速转移，隔膜的性能会直接影响电池的安全性。目前，通常采用隔膜无机化来提升电池的安全性以及综合性能，与传统的有机隔膜相比，无机隔膜的原材料成本低廉、机械强度高，锂枝晶很难穿透，另外其耐热温度高，在400℃仍可保持结构的完整性；电解液亲和性好，无机隔膜中大量高孔隙率和高比表面积的纳米无机微粒的存在，提高了隔膜对电解液的吸收和保液性能。

现有无机隔膜的应用方式主要有三种：

涂覆型无机隔膜：在现有高分子隔膜的表面涂一层无机材料，然后再在电池中使用；

自支撑型无机隔膜：用无机材料制备成一层隔膜，然后再与正负极一起组装成电池；

电极支撑型隔膜：在正极或负极的表面直接涂覆一层无机材料作为电池的隔膜。

涂覆型无机隔膜和自支撑型无机隔膜的制备工艺复杂、机械加工性能较差、与电极匹配性不佳。电极支撑型无机隔膜，其制备工艺简单、成本低廉、与电极匹配性好，是较为理想的一种无机化隔膜。

但是现有的电极支撑型无机隔膜涂覆性能差，在电解液中易掉粉，降低了电池的安全性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法及无机隔膜，以防止无机隔膜在电解液中掉粉，增强无机隔膜的涂覆性能，增强电池的安全性。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：

将无机粒子溶解于水中并搅拌均匀形成初级浆料；以及将水基粘结剂溶于水中并搅拌均匀形成胶液；

将胶液加入所述初级浆料中并搅拌均匀形成无机隔膜浆料。

在其中一个实施方式中，水基粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、聚乙烯醇、丁苯橡胶和聚丙烯酸中的一种或几种。

在其中一个实施方式中，所述胶液的浓度为1％～20％。

在其中一个实施方式中，所述胶液的质量不超过最终制备的无机隔膜浆料质量的10%。

在其中一个实施方式中，所述初级浆料的制备方法具体为：在真空搅拌器中将不同粒径的无机粒子溶解于水中并充分搅拌形成初级浆料。

在其中一个实施方式中，所述无机粒子的粒径为100nm～10μm。

在其中一个实施方式中，所述无机粒子包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆和氧化钛颗粒中的一种或多种。

在其中一个实施方式中，将胶液加入所述初级浆料中，并以600～800r/min的搅拌速度进行搅拌形成无机隔膜浆料。

一种电极支撑型无机隔膜，包括由上述任一项所述的无机隔膜浆料制成的涂覆层。

在其中一个实施方式中，所述涂覆层的厚度为10～50μm。

本发明具有以下有益效果：本发明通过将水基粘结剂应用于隔膜浆料中，并通过控制水基粘结剂的成份和混合比例，可使得最终制备的无机隔膜结构致密，增强了无机隔膜与活性物质之间的结合能力，成膜均匀，可有效防止无机隔膜在电解液中掉粉，增强了电池稳定性和安全性能，也利于使电池具备更大的容量和较长的循环寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：

1）在真空搅拌器中将无机粒子溶解于水中并搅拌均匀形成初级浆料；

在其中一个实施方式中，无机粒子包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆和氧化钛颗粒中的一种或多种。

进一步地，无机粒子的粒径为100nm～10μm，更利于提升最终制得的无机隔膜浆料的综合性能。

进一步地，该过程中无机粒子可包括多种不同粒径的粒子，以提升无机粒子的溶解效果以及提升最终制得的无机隔膜浆料的综合性能。

2）将水基粘结剂溶于水中并搅拌均匀形成胶液，该胶液的浓度为1％～20％，也即胶液中所含有的水基粘结剂的质量是胶液总质量的1％～20％；

水基粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、聚乙烯醇（PVA）、丁苯橡胶（SBR）和聚丙烯酸（PAA）中的一种或几种；

3）在真空搅拌器中，将胶液加入初级浆料中并搅拌，加入时，胶液的质量不超过最终制备的无机隔膜浆料质量的10%。搅拌速度控制为600～800r/min，搅拌一定时间后形成无机隔膜浆料；该无机隔膜浆料为均匀稳定的高粘合性无机涂覆悬浊液。

4）在环境温度为70～80℃时，采用涂布工艺，在电极表面滚涂上述无机隔膜浆料得到电极支撑型无机隔膜，电极支撑型无机隔膜的涂覆厚度为10～50μm。

其中电极的基材可采用铜基板，所述铜基板上涂覆有石墨。

上述过程中步骤1）和步骤2）的顺序可调，即步骤2）也可以在步骤1）之前进行。

电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法具体可采用以下实施例：

实施例一：

一种电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：

1）在真空搅拌器中，将不同粒径的氧化镁颗粒混合并溶解于350g水中，然后以均匀速度搅拌直至搅拌均匀形成初级浆料；其中氧化镁粒子的粒径为100nm～10μm；

2）将PVA溶于水，充分搅拌配置为5％浓度的第一胶液；另外将PAA溶于水中，充分搅拌配置为3％浓度的第二胶液；

3）按照第一胶液：第二胶液=2:1的比例，将第一胶液和第二胶液加入初级浆料中，其中第一胶液和第二胶液总质量是最终制备的无机隔膜浆料质量的7%。

4）在真空搅拌器中，将混合的第一胶液、第二胶液和初级浆料进行搅拌，搅拌转速为700r/min，搅拌时间为2h，最终得到均匀稳定的无机隔膜浆料，该无机隔膜浆为高粘合性无机涂覆悬浊液；

5）利用涂布机在负极石墨基材上涂覆上述无机隔膜浆料，涂覆温度为70℃，涂覆厚度为10～50μm，涂覆后烘干，得到电极支撑型氧化镁无机隔膜。

实施例二：

一种电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：

1）在真空搅拌器中，将不同粒径的氧化铝颗粒混合并溶解于370g水中，然后以均匀速度搅拌直至搅拌均匀形成初级浆料；其中氧化铝粒子的粒径为100nm～10μm；

2）将PVA溶于水，充分搅拌配置为5％浓度的第一胶液；另外将PAA溶于水中，充分搅拌配置为3％浓度的第二胶液；

3）按照第一胶液：第二胶液=1:1的比例，将第一胶液和第二胶液加入初级浆料中，其中第一胶液和第二胶液总质量与最终制备的无机隔膜浆料的质量比为8％；

4）在真空搅拌器中，将混合的第一胶液、第二胶液和初级浆料进行搅拌，搅拌转速为700r/min，搅拌时间为2h，最终得到均匀稳定的无机隔膜浆料，该无机隔膜浆为高粘合性无机涂覆悬浊液；

5）利用涂布机在负极石墨基材上涂覆上述无机隔膜浆料，涂覆温度为70℃，涂覆厚度为10～50μm，涂覆后烘干，得到电极支撑型氧化铝无机隔膜。

实施例三：

一种电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：

1）在真空搅拌器中，将不同粒径的氧化硅和氧化锆颗粒混合并溶解于水中，然后以均匀速度搅拌直至搅拌均匀形成初级浆料；其中氧化硅和氧化锆粒子的粒径均为100nm～10μm；

2）将PVA溶于水，充分搅拌配置一定浓度的第一胶液；另外将SBR溶于水中，充分搅拌配置一定浓度的第二胶液；

3）将第一胶液和第二胶液按照一定的比例加入初级浆料中，其中第一胶液和第二胶液总质量与最终制备的无机隔膜浆料的质量比为10％；

4）在真空搅拌器中，将混合的第一胶液、第二胶液和初级浆料进行搅拌，搅拌转速为700r/min，搅拌时间为2h，最终得到均匀稳定的无机隔膜浆料，该无机隔膜浆为高粘合性无机涂覆悬浊液；

5）利用涂布机在负极石墨基材上涂覆上述无机隔膜浆料，涂覆温度为70℃，涂覆厚度为10～50μm，涂覆后烘干，得到电极支撑型无机隔膜。

上述各实施例，在无机隔膜浆料中加入了水基粘结剂，水基粘结剂相较于有机溶剂型粘结剂来说，不易挥发，利于环境保护，同时还具有成本低、使用安全的特点。通过将水基粘结剂应用于隔膜浆料中，并通过控制水基粘结剂的成份和混合比例，可使得最终制备的无机隔膜结构致密，与负极活性物质之间具有良好结合力，增强了无机隔膜与活性物质之间的结合能力，成膜均匀，可有效防止无机隔膜在电解液中掉粉，增强了电池稳定性和安全性能，也利于使电池具备更大的容量和较长的循环寿命。另外胶液浓度和无机隔膜浆料中胶液含量的控制可进一步的保证最终制备的无机隔膜的结构致密性以及其与活性物质之间的结合力，稳定极片结构，增加电极活性材料与导电剂、集流体之间的电子接触，保证电池安全性。

本发明还公开了一种电极支撑型无机隔膜，包括由上述方法制备的无机隔膜浆料制成的涂覆层。

在其中一个实施方式中，涂覆层的厚度为10～50μm。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

将无机粒子溶解于水中并搅拌均匀形成初级浆料；以及将水基粘结剂溶于水中并搅拌均匀形成胶液；

将胶液加入所述初级浆料中并搅拌均匀形成无机隔膜浆料。

2.如权利要求1所述的电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，其特征是，所述水基粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、聚乙烯醇、丁苯橡胶和聚丙烯酸中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，其特征是，所述胶液的浓度为1％～20％。

4.如权利要求1所述的电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，其特征是，所述胶液的质量不超过最终制备的无机隔膜浆料质量的10%。

5.如权利要求1所述的电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，其特征是，所述初级浆料的制备方法具体为：在真空搅拌器中将不同粒径的无机粒子溶解于水中并充分搅拌形成初级浆料。

6.如权利要求1所述的电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，其特征是，所述无机粒子的粒径为100nm～10μm。

7.如权利要求1所述的电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，其特征是，所述无机粒子包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆和氧化钛颗粒中的一种或多种。

8.如权利要求1所述的电极支撑型无机隔膜浆料的制备方法，其特征是，将胶液加入所述初级浆料中，并以600～800r/min的搅拌速度进行搅拌形成无机隔膜浆料。

9.一种电极支撑型无机隔膜，其特征是，包括由权利要求1～8任一项所述的无机隔膜浆料制成的涂覆层。

10.如权利要求9所述的电极支撑型无机隔膜，其特征是，所述涂覆层的厚度为10～50μm。