CN111224049A - 阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法 - Google Patents
阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111224049A CN111224049A CN202010035891.XA CN202010035891A CN111224049A CN 111224049 A CN111224049 A CN 111224049A CN 202010035891 A CN202010035891 A CN 202010035891A CN 111224049 A CN111224049 A CN 111224049A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- intercalation material
- hydrotalcite
- coating
- flame
- lithium battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 title claims abstract description 75
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 70
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 50
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 97
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 claims abstract description 86
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 claims abstract description 86
- GDVKFRBCXAPAQJ-UHFFFAOYSA-A dialuminum;hexamagnesium;carbonate;hexadecahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Al+3].[Al+3].[O-]C([O-])=O GDVKFRBCXAPAQJ-UHFFFAOYSA-A 0.000 claims abstract description 59
- 229960001545 hydrotalcite Drugs 0.000 claims abstract description 58
- 229910001701 hydrotalcite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 39
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 28
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 16
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims description 14
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 10
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 10
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 9
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 9
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 8
- 238000007756 gravure coating Methods 0.000 claims description 8
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 8
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 7
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 claims description 7
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims description 7
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 7
- VBICKXHEKHSIBG-UHFFFAOYSA-N 1-monostearoylglycerol Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OCC(O)CO VBICKXHEKHSIBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 5
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 4
- JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1h-imidazole Chemical compound FC1=CC=CC(C=2NC=CN=2)=C1 JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 3
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims description 3
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 claims description 3
- 229940075507 glyceryl monostearate Drugs 0.000 claims description 3
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 3
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N methylenebutanedioic acid Natural products OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 238000002715 modification method Methods 0.000 claims description 3
- 239000001788 mono and diglycerides of fatty acids Substances 0.000 claims description 3
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 3
- RYYKJJJTJZKILX-UHFFFAOYSA-M sodium octadecanoate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O RYYKJJJTJZKILX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- NKAAEMMYHLFEFN-ZVGUSBNCSA-M sodium;(2r,3r)-2,3,4-trihydroxy-4-oxobutanoate Chemical compound [Na+].OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O NKAAEMMYHLFEFN-ZVGUSBNCSA-M 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 21
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 10
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 10
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 8
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 5
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 5
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 5
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 3
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N antimony trioxide Chemical compound O=[Sb]O[Sb]=O ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-L adipate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)CCCCC([O-])=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 150000001449 anionic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 210000004517 glycocalyx Anatomy 0.000 description 1
- 239000012760 heat stabilizer Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001412 inorganic anion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000002601 lanthanoid compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002891 organic anions Chemical class 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L terephthalate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/431—Inorganic material
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62C—FIRE-FIGHTING
- A62C2/00—Fire prevention or containment
- A62C2/06—Physical fire-barriers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62C—FIRE-FIGHTING
- A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
- A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Public Health (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Abstract
本发明属于阻燃型锂电池涂覆隔膜技术领域，具体涉及一种阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法。本阻燃型锂电池涂覆隔膜包括：基膜、涂布在基膜表面的浆料；其中所述浆料包括以下原料：水滑石类插层材料、分散剂、胶黏剂、增稠剂、去离子水；以及所述水滑石类插层材料的质量份数为1‑20%。在阻燃过程中，水滑石类插层材料吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温，其显著的阻燃效果和特殊的理化性能，可以在较少添加量下达到高的阻燃效率，从而实现阻燃型锂电池涂覆隔膜的真正高效阻燃。
Description
技术领域
本发明属于阻燃型锂电池涂覆隔膜技术领域，具体涉及一种阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法。
背景技术
锂电池包括正极、负极、隔膜及电解液等四大材料。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜主要是以聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。随着电池能量密度的不断提升，对电池隔膜厚度及强度的要求越来越高，超薄的隔膜材料在受到电池工作产生的高温环境时，因为隔膜材料本身不耐高温而导致隔膜容易燃烧，造成正负极短路可能产生的爆炸等安全事故。因此，开发超薄、阻燃性能强的隔膜材料，是阻燃型锂电池涂覆隔膜材料技术发展的迫切需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种阻燃型锂电池涂覆隔膜，包括：基膜、涂布在基膜表面的浆料；其中所述浆料包括以下原料：水滑石类插层材料、分散剂、胶黏剂、增稠剂、去离子水；以及所述水滑石类插层材料的质量份数为1-20％。
进一步，所述水滑石类插层材料包含：二价金属化合物和三价金属化合物；其中三价金属化合物占总金属化合物的摩尔比为20-30％。
进一步，所述水滑石类插层材料包括二元水滑石类插层材料、三元水滑石类插层材料、四元水滑石类插层材料、五元水滑石类插层材料、六元水滑石类插层材料中的至少一种。
进一步，所述水滑石类插层材料适于通过改性剂进行有机改性；所述改性剂包括硬脂酸钠、十二烷基磺酸钠、酒石酸氢钠、衣康酸、单硬脂酸甘油酯、硅烷偶联剂和聚乙二醇；以及所述有机改性的方法包括共沉淀法、离子交换法、焙烧复原法中的任一种。
进一步，所述分散剂包括：聚丙烯酸钠、聚乙二醇中的一种或几种组合。
进一步，所述胶黏剂包括：PVDF、PMMA中的一种或几种组合。
进一步，所述增稠剂可以为羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素钠、聚丙烯酸以及聚丙烯酸酯中的一种或多种。
又一方面，本发明还提供了一种阻燃型锂电池涂覆隔膜的制备方法，包括：制备水滑石类插层材料；制备浆料，即将水滑石类插层材料、去离子水、分散剂、胶黏剂、增稠剂混合均匀；涂布，即将浆料涂布在基膜表面，得到所述阻燃型锂电池涂覆隔膜。
进一步，所述制备水滑石类插层材料的方法包括：室温下将盐溶液和碱溶液添加到反应器中，并调节反应液的pH值保持为9-10；将反应液在反应器中搅拌后移入三口瓶中，90℃下晶化6h；离心分离，用去离子水洗涤得到水滑石类插层材料滤饼；以及在70℃下真空干燥成粉，即所述水滑石类插层材料。
进一步，所述涂布的方式包括：凹辊涂、浸涂、喷涂、点涂中的任一种。
本发明的有益效果是，本发明的阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法，以水滑石类插层材料、去离子水、分散剂、胶黏剂、增稠剂为原料制备浆料，再把浆料涂布在基膜表面，形成阻燃型锂电池涂覆隔膜。在阻燃型锂电池涂覆隔膜工作时，水滑石类插层材料在受热，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度、阻隔氧气的阻燃作用；水滑石类插层材料还可以减少对基材物理性能的不良影响，有利于提高燃烧时的氧指数，加强阻燃效果。在阻燃过程中，水滑石类插层材料吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温，其显著的阻燃效果和特殊的理化性能，可以在较少添加量下达到高的阻燃效率，从而实现阻燃型锂电池涂覆隔膜的真正高效阻燃。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1是阻燃型锂电池涂覆隔膜的制备工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
现对本申请中出现的专有名词或英文缩写进行定义或解释，如表1所示：
表1名词解释对应表
| 名词或缩写 | 中文定义 |
| M<sup>2+</sup> | 二价金属离子 |
| M<sup>3+</sup> | 三价金属离子 |
| LDHs | 水滑石类插层材料 |
| PE | 聚乙烯 |
| PP | 聚丙烯 |
| MD | 横向拉伸 |
| TD | 纵向拉伸 |
| PVC | 聚氯乙烯 |
| PVDF | 聚偏氟乙烯 |
| PMMA | 聚甲基丙烯酸甲酯 |
| RE | 稀土元素 |
LDHs的阻燃机理：
LDHs在受热时，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度、阻隔氧气的阻燃作用；并可减少对基材物理性能的不良影响，有利于提高燃烧时的氧指数，加强阻燃效果；LDHs经500℃-600℃高温分解后形成多孔、比表面大的复合金属氧化物，吸附燃烧过程中产生的烟雾，从而起到抑烟的作用。同时LDHs的结构水、层板羟基及层间阴离子在不同温度范围内脱离层板，从而可在较大范围内(200-800℃)释放阻燃物质，在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温。
实施例1
本实施例1的阻燃型锂电池涂覆隔膜包括以下原料：基膜、涂布在基膜表面的浆料；其中所述浆料包括以下原料：水滑石类插层材料、分散剂、胶黏剂、增稠剂、去离子水；以及所述水滑石类插层材料(LDHs)的质量份数为1-20％，可选为5％、10％、15％。具体的，可以将原料通过以下涂布工艺涂布制成阻燃型锂电池涂覆隔膜，例如凹辊涂、浸涂、喷涂、点涂等。
可选的，所述基膜例如但不限于聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类微孔膜。
一般的，层状双羟基复合金属氧化物(Layered Double Hydroxides,简称LDHs)是水滑石(Hydrotalcite,简称HT)和类水滑石化合物(Hydrotalcite-Like Compounds,简称HTLCs)的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料(简称LDHs)，其化学通式为：
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2]z+[An-]z/n·mH2O。LDHs在受热时，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度、阻隔氧气的阻燃作用；并可减少对基材物理性能的不良影响，有利于提高燃烧时的氧指数，加强阻燃效果；LDHs经500℃-600℃高温分解后形成多孔、比表面大的复合金属氧化物，吸附燃烧过程中产生的烟雾，从而起到抑烟的作用。同时LDHs的结构水、层板羟基及层间阴离子在不同温度范围内脱离层板，从而可在较大范围内(200-800℃)释放阻燃物质，在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温。此外，LDHs相较于常规的阻燃剂(如有卤阻燃剂)，更加环保。
可选的，所述分散剂包括：聚丙烯酸钠、聚乙二醇中的一种或几种组合。
可选的，所述胶黏剂包括：PVDF、PMMA中的一种或几种组合。
可选的，所述增稠剂可以为羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素钠、聚丙烯酸以及聚丙烯酸酯中的一种或多种。
本实施例1的阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法，通过聚烯烃和水滑石类插层材料为原料制备，即水滑石类插层材料在受热时，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度、阻隔氧气的阻燃作用；水滑石类插层材料还可以减少对基材物理性能的不良影响，有利于提高燃烧时的氧指数，加强阻燃效果。在阻燃过程中，水滑石类插层材料吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温，其显著的阻燃效果和特殊的理化性能，可以在较少添加量下达到高的阻燃效率，从而实现阻燃型锂电池涂覆隔膜的真正高效阻燃。
作为水滑石类插层材料的一种可选的实施方式。
所述水滑石类插层材料包含：二价金属化合物和三价金属化合物；其中三价金属化合物占总金属化合物的摩尔比为20-30％，即
0.2≤(M3+)/(M2++M3+)≤0.3。
可选的，所述二价金属化合物中的二价金属离子包括Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Ca2 +、Mn2+中的至少一种；所述三价金属化合物中的三价金属离子包括A13+、Cr3+、Co3+、Fe3+、Sc3 +、V3+中的至少一种。
优选的，所述水滑石类插层材料中还含有稀土元素，形成含稀土类水滑石，其化学通式为：yM3+ x Re3+ y(OH)- 2][An-]x+y/n·mH2O；其中的稀土元素的三价离子Re3+包括但不限于：Eu3+、Tb3+、Sm3+、Tm3+、Ho3+、Er3+、Nd3+、Pm3+、Yb3+、Lu3+、Sc3+、r3+、La3+、Ce3+、Pr3+、Gd3+、Dy3+中的至少一种。上述两个化学通式中的An-均为进入层间的阴离子，包括无机阴离子，如CO3 2-、NO3-、F-、Cl-、Br-、I-、CrO4 2-、H2PO4 -、PO4 3-、SO4 2-、SO3 2-等；有机阴离子，如对苯二甲酸根、己二酸根等；配合物阴离子，如Fe(CN)6 3-、Fe(CN)6 4-、Zn(BPS)3 4-、Ru(BPS)3 3-等；同多阴离子和杂多阴离子，如Mo7O24 6-、V10O28 6-、PW11CuO39 6-、W9V3O40 7-等。通常，阴离子的数目、体积、价态及阴离子与层板羟基的键合强度决定了阴离子层状化合物的层间距大小和层间空间。
稀土化合物在改进塑料、橡胶、纤维、涂料等高分子材料加工和应用性能以及赋予高分子材料新功能等方面具有独特的功效，如镧系化合物可以作为PVC的热稳定剂。与传统的阻燃剂如三氧化二锑相比，稀土阻燃剂具有潜在的无卤、高效、低烟、多功能等特点，用于水滑石类插层材料中，可以有效提高隔膜的阻燃效果；同时稀土元素还具有发光防伪性能。
可选的，所述水滑石类插层材料包括二元水滑石类插层材料(如MgAl-CO3)、三元水滑石类插层材料(如MgAlZn-CO3)、四元水滑石类插层材料、五元水滑石类插层材料、六元水滑石类插层材料中的至少一种。
优选的，所述水滑石类插层材料适于通过改性剂进行有机改性。其中，所述改性剂包括硬脂酸钠、十二烷基磺酸钠、酒石酸氢钠、衣康酸、单硬脂酸甘油酯、硅烷偶联剂和聚乙二醇。所述有机改性的方法包括共沉淀法、离子交换法、焙烧复原法中的任一种。
本实施方式的水滑石类插层材料通过改性剂进行有机改性，降低其与高分子材料在加工过程中的熔体粘度，改善其在熔体中的分散度以提高加工性能，进而使制品获得良好的表面质量及机械、热和电性能。
实施例2
见图1，在实施例1的基础上，本实施例2还提供了一种阻燃型锂电池涂覆隔膜的制备方法，包括：制备水滑石类插层材料；制备浆料，即将水滑石类插层材料、去离子水、分散剂、胶黏剂、增稠剂混合均匀；涂布，即将浆料涂布在基膜表面，得到所述阻燃型锂电池涂覆隔膜。
可选的，所述涂布的方式包括：凹辊涂、浸涂、喷涂、点涂中的任一种。
作为制备水滑石类插层材料的一种可选的实施方式。
所述制备水滑石类插层材料的方法包括：室温下将盐溶液和碱溶液添加到反应器中，并调节反应液的pH值保持为9-10；将反应液在反应器中搅拌后移入三口瓶中，90℃下晶化6h；离心分离，用去离子水洗涤得到水滑石类插层材料滤饼；以及在70℃下真空干燥成粉，即所述水滑石类插层材料。
可选的，所述盐溶液包括：硝酸盐、硫酸盐、氯化物中的一种或几种，以及上述物质中均含有如前所述的二价金属离子M2+、三价金属离子M3+。所述碱溶液包括：氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸钾、尿素中的一种或几种混合。
关于阻燃型锂电池涂覆隔膜的组分含量和具体实施过程参见实施例1中的相关论述，在此不再赘述。
实施例3
(1)制备水滑石类插层材料。
室温下将盐溶液和碱溶液添加到反应器中，并调节反应液的pH值保持为9-10；将反应液在反应器中搅拌后移入三口瓶中，90℃下晶化6h；离心分离，用去离子水洗涤得到水滑石类插层材料滤饼；以及在70℃下真空干燥成粉，即所述水滑石类插层材料。
(2)制备浆料。
将40kg的MgAlFe-LDHs(水滑石类插层材料)、1kg的聚乙二醇、8kg的PVDF、2kg的聚丙烯酸、100kg的去离子水混合均匀，制成浆料。
(3)涂布。
将(2)中制备的浆料通过凹辊涂布方式制备出涂层厚度4μ的涂覆隔膜。
实施例4
(1)制备水滑石类插层材料。
室温下将盐溶液和碱溶液添加到反应器中，并调节反应液的pH值保持为9-10；将反应液在反应器中搅拌后移入三口瓶中，90℃下晶化6h；离心分离，用去离子水洗涤得到水滑石类插层材料滤饼；以及在70℃下真空干燥成粉，即所述水滑石类插层材料。
(2)制备浆料。
将40kg的MgAlCe-LDHs(水滑石类插层材料)、1kg的聚乙二醇、8kg的PVDF、2kg的聚丙烯酸、100kg的去离子水混合均匀，制成浆料。
(3)涂布。
将(2)中制备的浆料通过凹辊涂布方式制备出涂层厚度4μ的涂覆隔膜。
实施例5
(1)制备水滑石类插层材料。
室温下将盐溶液和碱溶液添加到反应器中，并调节反应液的pH值保持为9-10；将反应液在反应器中搅拌后移入三口瓶中，90℃下晶化6h；离心分离，用去离子水洗涤得到水滑石类插层材料滤饼；以及在70℃下真空干燥成粉，即所述水滑石类插层材料。
(2)制备浆料。
将40kg的MgAlZnFe-LDHs(水滑石类插层材料)、1kg的聚乙二醇、8kg的PVDF、2kg的聚丙烯酸、100kg的去离子水混合均匀，制成浆料。
(3)涂布。
将(2)中制备的浆料通过凹辊涂布方式制备出涂层厚度4μ的涂覆隔膜。
实施例6
(1)制备水滑石类插层材料。
室温下将盐溶液和碱溶液添加到反应器中，并调节反应液的pH值保持为9-10；将反应液在反应器中搅拌后移入三口瓶中，90℃下晶化6h；离心分离，用去离子水洗涤得到水滑石类插层材料滤饼；以及在70℃下真空干燥成粉，即所述水滑石类插层材料。
(2)制备浆料。
将40kg的MgAlZnCe-LDHs(水滑石类插层材料)、1kg的聚乙二醇、8kg的PVDF、2kg的聚丙烯酸、100kg的去离子水混合均匀，制成浆料。
(3)涂布。
将(2)中制备的浆料通过凹辊涂布方式制备出涂层厚度4μ的涂覆隔膜。
综上所述，本申请的阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法，以水滑石类插层材料、去离子水、分散剂、胶黏剂、增稠剂为原料制备浆料，再把浆料涂布在基膜表面，形成阻燃型锂电池涂覆隔膜。水滑石类插层材料在受热时，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度、阻隔氧气的阻燃作用；水滑石类插层材料还可以减少对基材物理性能的不良影响，有利于提高燃烧时的氧指数，加强阻燃效果。在阻燃过程中，水滑石类插层材料吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温，其显著的阻燃效果和特殊的理化性能，可以在较少添加量下达到高的阻燃效率，既可以保证隔膜的拉伸强度、穿刺强度不受影响，又可以实现阻燃型锂电池涂覆隔膜的真正高效阻燃。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种阻燃型锂电池涂覆隔膜，其特征在于，包括：
基膜、涂布在基膜表面的浆料；其中
所述浆料包括以下原料：水滑石类插层材料、分散剂、胶黏剂、增稠剂、去离子水；以及
所述水滑石类插层材料的质量份数为1-20%。
2.根据权利要求1所述的阻燃型锂电池涂覆隔膜，其特征在于，
所述水滑石类插层材料包含：二价金属化合物和三价金属化合物；其中
三价金属化合物占总金属化合物的摩尔比为20%-30%。
3.根据权利要求1所述的阻燃型锂电池涂覆隔膜，其特征在于，
所述水滑石类插层材料包括二元水滑石类插层材料、三元水滑石类插层材料、四元水滑石类插层材料、五元水滑石类插层材料、六元水滑石类插层材料中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的阻燃型锂电池涂覆隔膜，其特征在于，
所述水滑石类插层材料适于通过改性剂进行有机改性；
所述改性剂包括硬脂酸钠、十二烷基磺酸钠、酒石酸氢钠、衣康酸、单硬脂酸甘油酯、硅烷偶联剂和聚乙二醇；以及
所述有机改性的方法包括共沉淀法、离子交换法、焙烧复原法中的任一种。
5.根据权利要求1所述的阻燃型锂电池涂覆隔膜，其特征在于，
所述分散剂包括：聚丙烯酸钠、聚乙二醇中的一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的阻燃型锂电池涂覆隔膜，其特征在于，
所述胶黏剂包括：PVDF、PMMA中的一种或几种组合。
7.根据权利要求1所述的阻燃型锂电池涂覆隔膜，其特征在于，
所述增稠剂可以为羧甲基纤维素、聚阴离子纤维素钠、聚丙烯酸以及聚丙烯酸酯中的一种或多种。
8.一种阻燃型锂电池涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，包括：
制备水滑石类插层材料；
制备浆料，即将水滑石类插层材料、去离子水、分散剂、胶黏剂、增稠剂混合均匀；
涂布，即将浆料涂布在基膜表面，得到所述阻燃型锂电池涂覆隔膜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
所述制备水滑石类插层材料的方法包括：
室温下将盐溶液和碱溶液添加到反应器中，并调节反应液的pH值保持为9-10；
将反应液在反应器中搅拌后移入三口瓶中，90℃下晶化6 h；
离心分离，用去离子水洗涤得到水滑石类插层材料滤饼；以及
在70 ℃下真空干燥成粉，即所述水滑石类插层材料。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
所述涂布的方式包括：凹辊涂、浸涂、喷涂、点涂中的任一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010035891.XA CN111224049A (zh) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | 阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010035891.XA CN111224049A (zh) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | 阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111224049A true CN111224049A (zh) | 2020-06-02 |
Family
ID=70829471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010035891.XA Pending CN111224049A (zh) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | 阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111224049A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113206348A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-08-03 | 昆山宝创新能源科技有限公司 | 隔膜浆料及其应用、电池隔膜和锂离子电池 |
| CN115926812A (zh) * | 2021-11-20 | 2023-04-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种复合阻燃材料及其制备方法、隔离膜、负极极片、二次电池和用电装置 |
| WO2023056825A1 (zh) * | 2021-10-09 | 2023-04-13 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种隔离膜、含有其的二次电池和用电装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103382676A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-11-06 | 湖南工业大学 | 一种含稀土水滑石阻燃纸及其制备方法和应用 |
| JP2015156341A (ja) * | 2014-02-21 | 2015-08-27 | 三菱製紙株式会社 | 電池用セパレータ |
| CN105594054A (zh) * | 2013-10-02 | 2016-05-18 | 索尼公司 | 电池、电解质、电池组、电子装置、电动车辆、电力储存装置以及电力系统 |
| CN107799699A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-03-13 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种黏土矿物复合锂电池隔膜及其制备方法 |
| CN109786627A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-21 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种超亲电解液锂电池隔膜的制备方法 |
-
2020
- 2020-01-14 CN CN202010035891.XA patent/CN111224049A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103382676A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-11-06 | 湖南工业大学 | 一种含稀土水滑石阻燃纸及其制备方法和应用 |
| CN105594054A (zh) * | 2013-10-02 | 2016-05-18 | 索尼公司 | 电池、电解质、电池组、电子装置、电动车辆、电力储存装置以及电力系统 |
| JP2015156341A (ja) * | 2014-02-21 | 2015-08-27 | 三菱製紙株式会社 | 電池用セパレータ |
| CN107799699A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-03-13 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种黏土矿物复合锂电池隔膜及其制备方法 |
| CN109786627A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-21 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种超亲电解液锂电池隔膜的制备方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113206348A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-08-03 | 昆山宝创新能源科技有限公司 | 隔膜浆料及其应用、电池隔膜和锂离子电池 |
| WO2023056825A1 (zh) * | 2021-10-09 | 2023-04-13 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种隔离膜、含有其的二次电池和用电装置 |
| CN115926812A (zh) * | 2021-11-20 | 2023-04-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种复合阻燃材料及其制备方法、隔离膜、负极极片、二次电池和用电装置 |
| CN115926812B (zh) * | 2021-11-20 | 2024-09-17 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种复合阻燃材料及其制备方法、隔离膜、负极极片、二次电池和用电装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111224049A (zh) | 阻燃型锂电池涂覆隔膜及其制备方法 | |
| CN110931768B (zh) | 一种高镍类单晶锂离子电池正极材料及制备方法 | |
| CN111446444B (zh) | 一种富锂锰基材料及其制备方法和应用 | |
| CN111211274A (zh) | 阻燃型锂离子电池隔膜及其制备方法 | |
| WO2022078300A1 (zh) | 正极材料及其制备方法、锂离子二次电池 | |
| US8741483B2 (en) | Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery having rare earth hydroxide and/or oxyhydroxide | |
| CN110137488A (zh) | 一种锂二次电池用高镍正极材料及其制备方法 | |
| CN108493478A (zh) | 一种全固态电池及其制备方法 | |
| US20230327071A1 (en) | Pre-lithiated lithium ion positive electrode material, and preparation method therefor and use thereof | |
| CN109273688B (zh) | 一种表面富岩盐相的高镍正极材料及其制备方法和应用 | |
| JP3960167B2 (ja) | リチウム二次電池用電極の製造方法及びリチウム二次電池の製造方法、並びに、これらを用いたリチウム二次電池用電極及びリチウム二次電池 | |
| CN106848315A (zh) | 锌镍电池负极材料及其制备方法和使用该负极材料的电池 | |
| CN112670473A (zh) | 三元前驱体及其制备方法、锂离子电池正极材料和锂离子电池 | |
| CN105006566A (zh) | 一种改性正极材料及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN114649525B (zh) | 一种富锂锰基@三元复合前驱体、正极材料以及该正极材料的制备方法 | |
| CN113871603A (zh) | 一种高镍三元正极材料及其制备方法 | |
| CN109461892A (zh) | 一种锂离子电池用复合正极材料及其制备方法 | |
| CN114204114A (zh) | 一种用于室温下的锂铝水滑石基固态电解质膜、其制备及包含其的锂电池 | |
| CN107579244B (zh) | 一种高结晶度锂离子电池正极材料合成方法及正极材料 | |
| CN104733714A (zh) | 锂离子电池正极材料的改性方法 | |
| CN112117452A (zh) | 正极材料包覆剂及其制备方法、锂离子电池正极材料、锂离子电池和用电设备 | |
| KR102200967B1 (ko) | 전고체 리튬이차전지용 갈륨-가돌리늄이 도핑된 고체전해질 및 그의 제조방법 | |
| JP2003068299A (ja) | リチウム二次電池用正極活物質及びそれを用いたリチウム二次電池 | |
| CN114335896A (zh) | 一种具有高浸润性、高阻燃的锂离子电池隔膜及其制备方法 | |
| CN112510192B (zh) | 一种正极浆料及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200602 |