CN109273649A - 锂电池微孔隔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种锂电池微孔隔膜及其制备方法，包括基膜和涂覆浆料，涂覆浆料涂覆在基膜上面；涂覆浆料包括以下组分组成：羧甲基纤维素钠4～8份、纳米氧化锌5～10份、氧化石墨烯7～14份、氧化镧4～8份、镁铝水滑石7～14份、分散剂0.6～5份、两性胶黏剂2～8份、硅丙乳液10～20份及去离子水40～60份。制备方法：1)将去离子水加热至60～85℃，然后环糊精、镁铝水滑石与硅丙乳液加入其中，得到分散液；2)向分散液中添加余下组分混合分散，得到涂覆浆料；3)将涂覆浆料涂覆在基膜上，烘干，即可。该隔膜提高了对电解液的润湿性能，还具有很好的离子电导率与耐高温性能。

Description

锂电池微孔隔膜及其制备方法
技术领域
本发明锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池微孔隔膜及其制备方法。
背景技术
锂离子电池代表了储能设备的发展方向，它具有轻重量、体积小、无记忆效应、适应温度范围广等优点，是主流应用的镉镍、氢镍电池的替代产品，然而锂电池对充放电要求比较高。隔膜是锂离子电池(锂电池)材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，成本约占锂电池的15％-30％。隔膜的作用是分隔正、负极以防止短路，同时使电解质离子自由通过。隔膜透气性由膜的孔径大小、孔径分布、孔隙率等决定，一定程度上直接影响电池内阻，即透气性越好，电池内阻越小。因此，提高隔膜透气性可有效地减小电池内阻。
现有的，锂电池微孔隔膜材料主要为基膜如单层聚丙烯(PP)微孔膜、单层聚乙烯(PE)微孔膜以及三层PP/PE/PP复合膜，该类隔膜制备方法主要为干法拉伸致孔法和湿法相分离法。基膜弊端在于：一、基膜受热时易收缩，会造成隔膜尺寸不稳定，正负极直接接触而短路；二、闭孔温度和破膜温度较低，当发生电池刺穿等状况时，电池内部大量放热，导致隔膜完全融化收缩，电池短路产生高温直至电池解体或爆炸。这些弊端是由聚烯烃材料自身特性所决定的，PE熔点为128～135℃，PP熔点为150～166℃。三、制作工艺复杂，成本高，抗压性能低等缺点。另外，目前市场上的隔膜都单纯的起到简单的隔离作用，在相同的孔径下，其对锂离子电导率的提高没有任何的帮助。
发明内容
本发明提出一种锂电池微孔隔膜，该隔膜提高了对电解液的润湿性能，还具有很好的离子电导率与耐高温性能。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种锂电池微孔隔膜，包括基膜和涂覆浆料，所述涂覆浆料涂覆在所述基膜上面；所述涂覆浆料包括以下重量份数的组分组成：羧甲基纤维素钠4～8份、纳米氧化锌5～10份、氧化石墨烯7～14份、氧化镧4～8份、镁铝水滑石7～14份、分散剂0.6～5份、两性胶黏剂2～8份、硅丙乳液10～20份及去离子水40～60份。
优选地，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵盐、辛基苯酚聚氧乙烯和聚乙二醇中的至少一种。
优选地，所述两性胶黏剂选自羧基氯丁胶乳、丁苯胶乳与有机硅改性丙烯酸酯中的一种或者多种。
优选地，所述基膜为聚乙烯单层膜、聚丙烯单层膜和聚乙烯与聚丙烯多层复合膜中的一种。
本发明的另一个目的是提供一种锂电池微孔隔膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将去离子水加热至60～85℃，然后环糊精、镁铝水滑石与硅丙乳液加入其中，得到分散液；
2)向分散液中添加余下组分混合分散，得到涂覆浆料；
3)将涂覆浆料涂覆在基膜上，烘干，在基膜上形成涂覆物涂层，即可获得锂电池微孔隔膜。
优选地，所述步骤3)的涂覆方法为喷涂、微凹版涂覆、电泳涂覆或者浇涂。
本发明的有益效果：
1)本发明的基膜上面涂覆有环糊精及硅丙乳液，使得薄膜具有很好的润湿性能，与电解液的接触角小于20°。
2)本发明的基膜上面涂覆有纳米氧化锌、氧化石墨烯、氧化镧、镁铝水滑石、分散剂与两性胶黏剂不仅使得这些纳米物能够很好的涂覆在基膜表面，还能搞提高隔膜的电导率与耐热性能。
具体实施方式
实施例1
一种锂电池微孔隔膜，包括基膜和涂覆浆料，所述涂覆浆料涂覆在所述基膜上面；所述涂覆浆料包括以下重量份数的组分组成：环糊精6份、纳米氧化锌7份、氧化石墨烯12份、氧化镧6份、镁铝水滑石11份、十二烷基苯磺酸钠3.5份、有机硅改性丙烯酸酯5份、硅丙乳液16份及去离子水50份。基膜为聚乙烯单层膜。
制备方法：
1)将去离子水加热至75℃，然后环糊精、镁铝水滑石与硅丙乳液加入其中，得到分散液；
2)向分散液中添加余下组分混合分散，得到涂覆浆料；
3)采用微凹版涂覆将涂覆浆料涂覆在基膜上，烘干，在基膜上形成涂覆物涂层，即可获得锂电池微孔隔膜。
其中，基膜的孔径为38nm，孔隙率为70％，厚度为8μm。该锂电池微孔隔膜应用于锂电池中，隔膜的离子电导率为1.4×10-3S/cm，在1.0C下，100个循环后，隔膜的锂电池容量保持率95％，与电解液的接触角为17°。
实施例2
一种锂电池微孔隔膜，包括基膜和涂覆浆料，所述涂覆浆料涂覆在所述基膜上面；所述涂覆浆料包括以下重量份数的组分组成：羧甲基纤维素钠4份、纳米氧化锌10份、氧化石墨烯8份、氧化镧4份、镁铝水滑石7份、辛基苯酚聚氧乙烯0.6份、丁苯胶乳2份、硅丙乳液20份及去离子水40份。基膜为聚丙烯单层膜。
制备方法：
1)将去离子水加热至60℃，然后环糊精、镁铝水滑石与硅丙乳液加入其中，得到分散液；
2)向分散液中添加余下组分混合分散，得到涂覆浆料；
3)采用电泳涂覆将涂覆浆料涂覆在基膜上，烘干，在基膜上形成涂覆物涂层，即可获得锂电池微孔隔膜。
其中，基膜的孔径为40nm，孔隙率为72％，厚度为10μm。该锂电池微孔隔膜应用于锂电池中，隔膜的离子电导率为1.0×10-3S/cm，在1.0C下，100个循环后，隔膜的锂电池容量保持率95％，与电解液的接触角为18°。
实施例3
一种锂电池微孔隔膜，包括基膜和涂覆浆料，所述涂覆浆料涂覆在所述基膜上面；所述涂覆浆料包括以下重量份数的组分组成：环糊精8份、纳米氧化锌5份、氧化石墨烯16份、氧化镧8份、镁铝水滑石14份、聚丙烯酸铵盐5份、羧基氯丁胶乳8份、硅丙乳液10份及去离子水60份。基膜为聚乙烯单层膜。
制备方法，包括以下步骤：
1)将去离子水加热至85℃，然后环糊精、镁铝水滑石与硅丙乳液加入其中，得到分散液；
2)向分散液中添加余下组分混合分散，得到涂覆浆料；
3)采用喷涂将涂覆浆料涂覆在基膜上，烘干，在基膜上形成涂覆物涂层，即可获得锂电池微孔隔膜。
其中，基膜的孔径为45nm，孔隙率为73％，厚度为8μm。该锂电池微孔隔膜应用于锂电池中，隔膜的离子电导率为1.7×10-3S/cm，在1.0C下，100个循环后，隔膜的锂电池容量保持率95％，与电解液的接触角为15°。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种锂电池微孔隔膜，其特征在于，包括基膜和涂覆浆料，所述涂覆浆料涂覆在所述基膜上面；所述涂覆浆料包括以下重量份数的组分组成：羧甲基纤维素钠4～8份、纳米氧化锌5～10份、氧化石墨烯7～14份、氧化镧4～8份、镁铝水滑石7～14份、分散剂0.6～5份、两性胶黏剂2～8份、硅丙乳液10～20份及去离子水40～60份。
2.根据权利要求1所述的锂电池微孔隔膜，其特征在于，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵盐、辛基苯酚聚氧乙烯和聚乙二醇中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的锂电池微孔隔膜，其特征在于，所述两性胶黏剂选自羧基氯丁胶乳、丁苯胶乳与有机硅改性丙烯酸酯中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的锂电池微孔隔膜，其特征在于，所述基膜为聚乙烯单层膜、聚丙烯单层膜和聚乙烯与聚丙烯多层复合膜中的一种。
5.如权利要求1至4任意一项所述的锂电池微孔隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将去离子水加热至60～85℃，然后环糊精、镁铝水滑石与硅丙乳液加入其中，得到分散液；
2)向分散液中添加余下组分混合分散，得到涂覆浆料；
3)将涂覆浆料涂覆在基膜上，烘干，在基膜上形成涂覆物涂层，即可获得锂电池微孔隔膜。
6.根据权利要求5所述的锂电池微孔隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤3)的涂覆方法为喷涂、微凹版涂覆、电泳涂覆或者浇涂。
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