CN109192910A - 一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，该复合隔膜由如下组分构成：高分子聚合物材料、纳米陶瓷纤维、粘结剂、分散剂、造孔剂以及有机溶剂，其中，各组分的质量比为：高分子聚合物材料1‑20、纳米陶瓷纤维2‑40、粘结剂1.5‑8、分散剂0.05‑1.5、造孔剂0.05‑5以及有机溶剂60‑95。优点是：本发明通过涂布工艺，制备出一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，由于复合隔膜中存在均匀分散堆叠的纳米陶瓷纤维，使得隔膜的面内拉伸强度得到提升，隔膜机械性能与热稳定性得到提高，增强了电池的安全性。

Description

一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及了一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，还涉及了一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜的制备方法。
背景技术
锂离子电池由于其高能量密度和较长的循环寿命等优点正成为新型电源技术的研究热点。锂离子电池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。在聚烯烃基膜上涂覆PVDF等高分子聚合物材料得到涂胶隔膜，该隔膜在制作电池过程中通过冷压或热压使极片与隔离膜紧密的粘结在一起，不仅能增加电芯的硬度，同时可以限制电芯在循环过程中负极反复充放电膨胀产生的不均匀变形，提高电池的循环性能。
涂胶隔膜的浆料分为水性浆料和油性浆料，其中水性浆料是以去离子水为溶剂，将高分子聚合物分散在水中，通过涂覆工艺涂覆到聚合物基膜表面，此种方法得到的涂层隔膜，高分子聚合物材料和多孔聚烯烃基膜之间的粘结力不足，且高分子材料在基膜表面分布不均。油性浆料是以有机溶剂做为分散介质，将高分子聚合物溶解在其中，涂覆后利用造孔与干燥工艺，可以得到油性涂层隔膜，该隔膜具有优异的粘结力，高分子聚合物分散均匀。但是单纯的涂胶隔膜耐热收缩性能不好，当电池在高温条件下工作时，容易导致隔膜收缩，严重危害电池的安全性能，因此开发出耐热收缩性能优异的涂胶隔膜显得非常有必要。
发明内容
本发明的目的是：针对上述不足，提供一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，该复合隔膜由如下组分构成：高分子聚合物材料、纳米陶瓷纤维、粘结剂、分散剂、造孔剂以及有机溶剂，其中，各组分的质量比为：高分子聚合物材料1-20、纳米陶瓷纤维2-40、粘结剂1.5-8、分散剂0.05-1.5、造孔剂0.05-5以及有机溶剂60-95。
所述高分子聚合材料为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、偏氟乙烯、六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、间位芳纶纤维和对位芳纶纤维中的一种或多种的组合。
所述纳米陶瓷纤维为二氧化硅、二氧化锆、三氧化二铝、硫酸钡、凹凸棒石纤维粉体中的一种或多种的组合，其平均长度为0.5μm-2μm，平均直径为0.05μm-0.3μm。
所述粘结剂为聚丙烯酸酯、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。
所述分散剂为多支链醇、羧甲基纤维素钠、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。
所述造孔剂为羟乙基纤维素、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸中的一种或多种。
所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺中的一种或几种混合物。
一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜的制备方法，所述复合隔膜制备方法包括如下步骤：
步骤一：将纳米陶瓷纤维与分散剂分散于有机溶剂中，并进行充分搅拌1-3h，搅拌速度为1000-3000转/分；
步骤二：在步骤一的浆料中加入高分子聚合物材料、粘结剂和造孔剂，在10-80℃加热、在1000-3000转/分速度下搅拌1-3h，得到浆料；
步骤三：利用涂布设备，将步骤二所得浆料涂布于多孔聚合物膜表面，浸入纯水凝固浴10-60s，40-80℃下烘干，得到成品。
所述多孔聚合物膜为聚乙烯基膜、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。
所述一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜的厚度为5μm-25μm。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：一、本发明通过涂布工艺，制备出一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，由于复合隔膜中存在均匀分散堆叠的纳米陶瓷纤维，使得隔膜的面内拉伸强度得到提升，隔膜机械性能与热稳定性得到提高，增强了电池的安全性；
二、本发明制备出一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，由于高分子聚合物材料的存在，隔膜和电池极片的粘结性增强，使得极片硬度增加，电池更结实，方便加工与运输；
三、本发明将高分子聚合物材料与纳米陶瓷纤维混合涂布，提高了纳米陶瓷纤维在多孔聚合物膜上的附着力，降低了陶瓷复合隔膜在运输、使用过程中陶瓷粉脱落的风险。
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：
本发明的一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，该复合隔膜由如下组分构成：高分子聚合物材料为聚偏氟乙烯、纳米陶瓷纤维为凹凸棒石纤维粉体、粘结剂为聚丙烯酸酯、分散剂为聚乙二醇和羧甲基纤维素钠、造孔剂为羟乙基纤维素以及有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜，其中，各组分的质量比为：凹凸棒石纤维粉体为10，聚乙二醇为0.2，N-甲基吡咯烷酮为80，聚偏氟乙烯为8，羟乙基纤维素为0.5，羧甲基纤维素钠为0.4，聚丙烯酸酯为3，二甲基亚砜为10。
纳米陶瓷纤维其平均长度为0.5μm-2μm，优选的为1μm，平均直径为0.05μm-0.3μm，优选的为0.1μm。
一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜的制备方法，所述复合隔膜制备方法包括如下步骤：
步骤一：将凹凸棒石纤维粉体与聚乙二醇分散于N-甲基吡咯烷酮溶剂中，并进行充分搅拌1-3h，搅拌速度为1000-3000转/分其中优选的搅拌时间为1h，搅拌速度为3000转/分；
步骤二：在步骤一的浆料中加入聚偏氟乙烯、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸酯，再加入二甲基亚砜溶剂，在30℃加热、在1000-3000转/分速度下搅拌1-3h，得到浆料，优选的加热温度30℃，搅拌速度为2000转/分，搅拌时间为3h；
步骤三：利用涂布设备，将步骤二所得浆料涂布于聚乙烯基膜表面，浸入纯水凝固浴40s，50℃下烘干，得到优选厚度为15μm的成品。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：一、本发明通过涂布工艺，制备出一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，由于复合隔膜中存在均匀分散堆叠的纳米陶瓷纤维，使得隔膜的面内拉伸强度得到提升，隔膜机械性能与热稳定性得到提高，增强了电池的安全性；
二、本发明制备出一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，由于高分子聚合物材料的存在，隔膜和电池极片的粘结性增强，使得极片硬度增加，电池更结实，方便加工与运输；
三、本发明将高分子聚合物材料与纳米陶瓷纤维混合涂布，提高了纳米陶瓷纤维在多孔聚合物膜上的附着力，降低了陶瓷复合隔膜在运输、使用过程中陶瓷粉脱落的风险。
实施例二：
本发明的一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，该复合隔膜由如下组分构成：高分子聚合物材料为聚偏氟乙烯、粘结剂为聚丙烯酸酯、分散剂为羧甲基纤维素钠、造孔剂为羟乙基纤维素以及有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜，其中，各组分的质量比为：聚偏氟乙烯为8，羟乙基纤维素为0.5，羧甲基纤维素钠为0.4，聚丙烯酸酯为3，二甲基亚砜为10，N-甲基吡咯烷酮为80。
一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜的制备方法，所述复合隔膜制备方法包括如下步骤：
步骤一：将聚偏氟乙烯分散于N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜的混合溶剂中，并进行充分搅拌1-3h，搅拌速度为1000-3000转/分其中优选的搅拌时间为2h，搅拌速度为2000转/分；
步骤二：在步骤一的浆料中加入羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸酯，在10-80℃加热、在1000-3000转/分速度下搅拌1-3h，得到浆料，优选的加热温度50℃，搅拌速度为2500转/分，搅拌时间为2h；
步骤三：利用涂布设备，将步骤二所得浆料涂布于聚乙烯基膜表面，浸入纯水凝固浴40s，50℃下烘干，得到优选厚度为15μm的成品。
与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：一、本发明通过涂布工艺，制备出一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，由于复合隔膜中存在均匀分散堆叠的纳米陶瓷纤维，使得隔膜的面内拉伸强度得到提升，隔膜机械性能与热稳定性得到提高，增强了电池的安全性；
二、本发明制备出一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，由于高分子聚合物材料的存在，隔膜和电池极片的粘结性增强，使得极片硬度增加，电池更结实，方便加工与运输；
三、本发明将高分子聚合物材料与纳米陶瓷纤维混合涂布，提高了纳米陶瓷纤维在多孔聚合物膜上的附着力，降低了陶瓷复合隔膜在运输、使用过程中陶瓷粉脱落的风险。
实施例一和实施例二的透气度、热收缩以及抗拉强度的性能参见表一：
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 (10)

1.一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，其特征在于：该复合隔膜由如下组分构成：高分子聚合物材料、纳米陶瓷纤维、粘结剂、分散剂、造孔剂以及有机溶剂，其中，各组分的质量比为：高分子聚合物材料1-20、纳米陶瓷纤维2-40、粘结剂1.5-8、分散剂0.05-1.5、造孔剂0.05-5以及有机溶剂60-95。
2.根据权利要求书1所述的一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，其特征在于：所述高分子聚合材料为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、偏氟乙烯、六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、间位芳纶纤维和对位芳纶纤维中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求书1所述的一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，其特征在于：所述纳米陶瓷纤维为二氧化硅、二氧化锆、三氧化二铝、硫酸钡、凹凸棒石纤维粉体中的一种或多种的组合，其平均长度为0.5μm-2μm，平均直径为0.05μm-0.3μm。
4.根据权利要求书1所述的一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，其特征在于：所述粘结剂为聚丙烯酸酯、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。
5.根据权利要求书1所述的一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，其特征在于：所述分散剂为多支链醇、羧甲基纤维素钠、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.根据权利要求书1所述的一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，其特征在于：所述造孔剂为羟乙基纤维素、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸中的一种或多种。
7.根据权利要求书1所述的一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜，其特征在于：所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺中的一种或几种混合物。
8.一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述复合隔膜制备方法包括如下步骤：
步骤一：将纳米陶瓷纤维与分散剂分散于有机溶剂中，并进行充分搅拌1-3h，搅拌速度为1000-3000转/分；
步骤二：在步骤一的浆料中加入高分子聚合物材料、粘结剂和造孔剂，在10-80℃加热、在1000-3000转/分速度下搅拌1-3h，得到浆料；
步骤三：利用涂布设备，将步骤二所得浆料涂布于多孔聚合物膜表面，浸入纯水凝固浴10-60s，40-80℃下烘干，得到成品。
9.根据权利要求8所述的一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述多孔聚合物膜为聚乙烯基膜、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。
10.根据权利要求8所述的一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜的制备方法，其特征在于：所述一种油性涂层与纳米陶瓷纤维复合隔膜的厚度为5μm-25μm。
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