CN109599523A - 一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，所述陶瓷涂覆隔膜包括锂离子电池隔膜、复合陶瓷涂覆层和聚合物隔膜层，且复合陶瓷涂覆层包括陶瓷粉末、氢氧化钠、粘结剂和溶剂，并且复合陶瓷涂覆层的涂层厚度为1‑5μm，所述锂离子电池隔膜包括陶瓷粉末、粘结剂、溶剂、氢氧化钠和去离子溶液。该陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，陶瓷粉末团聚或分散比较均匀，涂层材料配比合适，使得锂电池整体性能较好，能够有效的预防陶瓷涂覆隔膜在高压下发生氧化，陶瓷粉末颗粒较细碎，可以均匀充分的涂抹在隔膜的外表面，且方便控制涂层的均匀性和厚度，隔离膜电解液浸润能力强、安全性能较高。

Description

一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池的外表面有一层非常重要的隔膜材料，它主要起着绝缘、隔绝正负极防止发生短路的情况，同时其必须能够吸附电解液、传输锂离子等，但是在使用过程中，锂离子电池特别容易出现过充、温度过高和短路等情况，从而会破坏隔膜的内部结构，损坏电池导致无法使用，随着动力汽车的快速发展，对锂离子动力电池的安全性提出更高的要求，而隔膜的质量好坏是影响锂离子动力电池安全性的关键因素之一，一开始大都采用聚丙烯和聚乙烯复合，质量和安全性还不够高。

近年来，也出现了陶瓷粉和聚烯烃隔膜复合支撑的锂离子电池隔膜但是由于没有对陶瓷粉末表面做任何处理，存在着很多的问题，陶瓷隔膜是锂电池发展的趋势，使用陶瓷隔膜后其各方面的性能都会有所改进，但其在一定温度情况下起热稳定行和耐热收缩率仍有待提高，但现有技术背景下，陶瓷粉末团聚或分散不均匀，涂层材料配比不当，锂电池整体性能较差，仍没有一种陶瓷涂覆隔膜能够有效的预防在高压下发生氧化，陶瓷粉末颗粒较大，无法均匀充分的涂抹在隔膜的外表面，且不方便控制涂层的均匀性和厚度，隔离膜电解液浸润能力低、安全性能较差，因此，我们提出一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，以解决上述背景技术提出的目前现有技术背景下，陶瓷粉末团聚或分散不均匀，涂层材料配比不当，锂电池整体性能较差，仍没有一种陶瓷涂覆隔膜能够有效的预防在高压下发生氧化，陶瓷粉末颗粒较大，无法均匀充分的涂抹在隔膜的外表面，且不方便控制涂层的均匀性和厚度，隔离膜电解液浸润能力低、安全性能较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，所述陶瓷涂覆隔膜包括锂离子电池隔膜、复合陶瓷涂覆层和聚合物隔膜层，且复合陶瓷涂覆层包括陶瓷粉末、氢氧化钠、粘结剂和溶剂，并且复合陶瓷涂覆层的涂层厚度为1-5μm，所述锂离子电池隔膜包括陶瓷粉末、粘结剂、溶剂、氢氧化钠和去离子溶液，所述聚合物隔膜层包括聚合物隔膜、高导热绝缘性纳米材料。

优选的，所述聚合物隔膜层与复合陶瓷涂覆层采用热塑贴合连接，且聚合物隔膜的单侧或者两侧上涂覆有高热传导电绝缘性纳米材料，高热传导绝缘性纳米材料采用BN纳米线、BN纳米颗粒或者BN纳米管，且高热传导绝缘性纳米材料的涂覆厚度为0.5-20μm。

优选的，所述陶瓷粉末由二氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或多种组合制成。

优选的，所述粘结剂由聚苯乙烯硫酸锂、聚氧化乙烯、聚乙烯醇中的一种或多种组合制成。

优选的，所述锂离子电池隔膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚酯膜、聚酰亚胺或者聚酰胺膜。

优选的，所述溶剂为二甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮、去离子溶液中的一种或多种。

所述该陶瓷涂覆隔膜的制备方法包括以下步骤：

步骤1：将陶瓷粉末均匀加入到氢氧化钠和去离子水的混合液中，简单的搅拌后，放入水热反应装置内，等反应结束后，用烧杯取出溶液后过滤，再次加入去离子水一起过滤，然后将过滤后的溶液利用烘干装置烘干，从而得到处理后的陶瓷粉末。

步骤2：将粘结剂加入到一定量的溶剂中，利用搅拌棒简单的搅拌后，加入陶瓷粉末，并且边搅动边加入，使其均匀混合，按照一定的比例配置成陶瓷涂覆浆液，最后再常温的条件下利用机械搅拌6-24小时，得到均匀的涂覆浆液。

步骤3：将锂离子电池隔膜平铺在地面上，再将步骤中制备得到的浆液用刮膜器刮下并均匀的涂覆在锂离子电池隔膜的外表面，利用热压装置压覆一遍，接着放入温度环境在50℃左右的干燥箱内烘干6-18小时，从而得到复合陶瓷涂覆层。

优选的，所述陶瓷粉末与粘结剂的质量比为4：1，且陶瓷粉末和粘结剂的总质量与溶剂的质量比为1：4。

优选的，所述陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水的质量比为1：1：16，且水热反应的温度范围为120℃-130℃，反应时间控制在30分钟。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，陶瓷粉末团聚或分散比较均匀，涂层材料配比合适，使得锂电池整体性能较好，能够有效的预防陶瓷涂覆隔膜在高压下发生氧化，陶瓷粉末颗粒较细碎，可以均匀充分的涂抹在隔膜的外表面，且方便控制涂层的均匀性和厚度，隔离膜电解液浸润能力强、安全性能较高；

1.通过在陶瓷粉末中设置氢氧化钠和去离子水，通过1：1：16的质量比混合成溶液后再放入水热反应，再加入去离子水进行过滤，促进锂离子的快速传导，陶瓷粉末由无机成分构成，无机陶瓷的热稳定性和电化学稳定性更强，提高隔膜的耐热性和机械强度，从而使得陶瓷粉末团聚更好或分散更均匀；

2.通过在陶瓷粉末中加入粘结剂和溶剂，陶瓷粉末与粘结剂的质量比为4：1，且陶瓷粉末和粘结剂的总质量与溶剂的质量比为1：4，这样的配比比较合适，能够增强锂电池整体性能，使涂层的均匀性和厚度达到最佳，方便涂抹操作；

3.通过在聚合物隔膜的单侧或者两侧上涂覆有高热传导电绝缘性纳米材料，能够有效的预防陶瓷涂覆隔膜在高压下发生氧化，隔离膜电解液浸润能力强、安全性能较高。

附图说明

图1为本发明陶瓷涂覆隔膜结构示意图。

图中：1、陶瓷涂覆隔膜；101、锂离子电池隔膜；102、复合陶瓷涂覆层；103、聚合物隔膜层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：

一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，陶瓷涂覆隔膜1包括锂离子电池隔膜101、复合陶瓷涂覆层102和聚合物隔膜层103，且复合陶瓷涂覆层102包括陶瓷粉末、氢氧化钠、粘结剂和溶剂，并且复合陶瓷涂覆层102的涂层厚度为1-5μm，锂离子电池隔膜101包括陶瓷粉末、粘结剂、溶剂、氢氧化钠和去离子溶液，聚合物隔膜层103包括聚合物隔膜、高导热绝缘性纳米材料。

聚合物隔膜层103与复合陶瓷涂覆层102采用热塑贴合连接，且聚合物隔膜的单侧或者两侧上涂覆有高热传导电绝缘性纳米材料，高热传导绝缘性纳米材料采用BN纳米线、BN纳米颗粒或者BN纳米管，且高热传导绝缘性纳米材料的涂覆厚度为0.5-20μm，能够有效的预防陶瓷涂覆隔膜在高压下发生氧化，隔离膜电解液浸润能力强、安全性能较高。

陶瓷粉末由二氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或多种组合制成，无机陶瓷的热稳定性和电化学稳定性更强，粘结剂由聚苯乙烯硫酸锂、聚氧化乙烯、聚乙烯醇中的一种或多种组合制成，，锂离子电池隔膜101为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚酯膜、聚酰亚胺或者聚酰胺膜，提高隔膜的耐热性和机械强度，溶剂为二甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮、去离子溶液中的一种或多种，溶解效果更好，还是搅拌后的混合液更加的均匀粘稠，易于涂抹。

该陶瓷涂覆隔膜1的制备方法包括以下步骤：

步骤1：将陶瓷粉末均匀加入到氢氧化钠和去离子水的混合液中，简单的搅拌后，放入水热反应装置内，等反应结束后，用烧杯取出溶液后过滤，再次加入去离子水一起过滤，然后将过滤后的溶液利用烘干装置烘干，从而得到处理后的陶瓷粉末。

步骤2：将粘结剂加入到一定量的溶剂中，利用搅拌棒简单的搅拌后，加入陶瓷粉末，并且边搅动边加入，使其均匀混合，按照一定的比例配置成陶瓷涂覆浆液，最后再常温的条件下利用机械搅拌6-24小时，得到均匀的涂覆浆液。

步骤3：将锂离子电池隔膜101平铺在地面上，再将步骤1中制备得到的浆液用刮膜器刮下并均匀的涂覆在锂离子电池隔膜101的外表面，利用热压装置压覆一遍，接着放入温度环境在50℃左右的干燥箱内烘干6-18小时，从而得到复合陶瓷涂覆层102，操作简单方便，易于涂抹。

陶瓷粉末与粘结剂的质量比为4：1，且陶瓷粉末和粘结剂的总质量与溶剂的质量比为1：4，能够增强锂电池整体性能，使涂层的均匀性和厚度达到最佳，方便涂抹操作，陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水的质量比为1：1：16，且水热反应的温度范围为120℃-130℃，反应时间控制在30分钟，促进锂离子的快速传导，使得陶瓷粉末团聚更好或分散更均匀。

在进行陶瓷涂覆隔膜的制备时，首先将陶瓷粉末均匀加入到氢氧化钠和去离子水的混合液中，使陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水的质量比达到1：1：16，简单的搅拌后，放入温度范围为120℃-130℃的环境中进行水热反应，反应时间控制在30分钟，等反应结束后，用烧杯取出溶液后过滤，再次加入去离子水一起过滤，然后将过滤后的溶液利用烘干装置烘干，从而得到处理后的陶瓷粉末。

将粘结剂加入到一定量的溶剂中，利用搅拌棒简单的搅拌后，加入陶瓷粉末，并且边搅动边加入，使其均匀混合，按照陶瓷粉末与粘结剂的质量比为4：1，且陶瓷粉末和粘结剂的总质量与溶剂的质量比为1：4的比例配置成陶瓷涂覆浆液，最后再常温的条件下利用机械搅拌6-24小时，得到均匀的涂覆浆液。

将锂离子电池隔膜101平铺在地面上，再将步骤1中制备得到的浆液用刮膜器刮下并均匀的涂覆在锂离子电池隔膜101的外表面，利用热压装置压覆一遍，接着放入温度环境在50℃左右的干燥箱内烘干6-18小时，从而得到复合陶瓷涂覆层102，最后再将聚合物隔膜层103与复合陶瓷涂覆层102采用热塑贴合连接，这就是该陶瓷涂覆隔膜及其制备方法的整个工作过程，本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (9)

1.一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，其特征在于：所述陶瓷涂覆隔膜（1）包括锂离子电池隔膜（101）、复合陶瓷涂覆层（102）和聚合物隔膜层（103），且复合陶瓷涂覆层（102）包括陶瓷粉末、氢氧化钠、粘结剂和溶剂，并且复合陶瓷涂覆层（102）的涂层厚度为1-5μm，所述锂离子电池隔膜（101）包括陶瓷粉末、粘结剂、溶剂、氢氧化钠和去离子溶液，所述聚合物隔膜层（103）包括聚合物隔膜、高导热绝缘性纳米材料。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，其特征在于：所述聚合物隔膜层（103）与复合陶瓷涂覆层（102）采用热塑贴合连接，且聚合物隔膜的单侧或者两侧上涂覆有高热传导电绝缘性纳米材料，高热传导绝缘性纳米材料采用BN纳米线、BN纳米颗粒或者BN纳米管，且高热传导绝缘性纳米材料的涂覆厚度为0.5-20μm。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，其特征在于：所述陶瓷粉末由二氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆中的一种或多种组合制成。

4.根据权利要求1所述的一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，其特征在于：所述粘结剂由聚苯乙烯硫酸锂、聚氧化乙烯、聚乙烯醇中的一种或多种组合制成。

5.根据权利要求1所述的一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，其特征在于：所述锂离子电池隔膜（101）为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚酯膜、聚酰亚胺或者聚酰胺膜。

6.根据权利要求1所述的一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，其特征在于：所述溶剂为二甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、丙酮、去离子溶液中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，其特征在于：所述该陶瓷涂覆隔膜（1）的制备方法包括以下步骤：

步骤1：将陶瓷粉末均匀加入到氢氧化钠和去离子水的混合液中，简单的搅拌后，放入水热反应装置内，等反应结束后，用烧杯取出溶液后过滤，再次加入去离子水一起过滤，然后将过滤后的溶液利用烘干装置烘干，从而得到处理后的陶瓷粉末；

步骤2：将粘结剂加入到一定量的溶剂中，利用搅拌棒简单的搅拌后，加入陶瓷粉末，并且边搅动边加入，使其均匀混合，按照一定的比例配置成陶瓷涂覆浆液，最后再常温的条件下利用机械搅拌6-24小时，得到均匀的涂覆浆液；

步骤3：将锂离子电池隔膜（101）平铺在地面上，再将步骤（1）中制备得到的浆液用刮膜器刮下并均匀的涂覆在锂离子电池隔膜（101）的外表面，利用热压装置压覆一遍，接着放入温度环境在50℃左右的干燥箱内烘干6-18小时，从而得到复合陶瓷涂覆层（102）。

8.根据权利要求7所述的一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，其特征在于：所述陶瓷粉末与粘结剂的质量比为4：1，且陶瓷粉末和粘结剂的总质量与溶剂的质量比为1：4。

9.根据权利要求7所述的一种陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，其特征在于：所述陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水的质量比为1：1：16，且水热反应的温度范围为120℃-130℃，反应时间控制在30分钟。