CN111370623B - 氧化铝陶瓷隔膜及制备方法、粉体、陶瓷浆料、锂电池 - Google Patents

氧化铝陶瓷隔膜及制备方法、粉体、陶瓷浆料、锂电池 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种氧化铝陶瓷隔膜及制备方法、粉体、陶瓷浆料、锂电池。其中氧化铝陶瓷隔膜包括：基膜和位于基膜表面的氧化铝陶瓷涂层；其中所述氧化铝陶瓷涂层包括以下原料：无毛刺凸起的氧化铝粉体、分散剂、粘结剂、增稠剂、润湿剂、溶剂。

Description

氧化铝陶瓷隔膜及制备方法、粉体、陶瓷浆料、锂电池
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种氧化铝陶瓷隔膜及制备方法、粉体、陶瓷浆料、锂电池。
背景技术
传统陶瓷隔膜由于氧化铝表面有很多毛刺凸起，导致陶瓷涂层的粗糙度比较大，在做电池卷绕的过程中，由于陶瓷涂层的粗糙度较大，当电池的卷针从卷芯里面抽出来的时候，会发生抽芯的情况。
发明内容
本发明提供了一种氧化铝陶瓷隔膜及制备方法、粉体、陶瓷浆料、锂电池。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低粗糙度的氧化铝陶瓷隔膜，包括：基膜和位于基膜表面的氧化铝陶瓷涂层；其中所述氧化铝陶瓷涂层包括以下原料：无毛刺凸起的氧化铝粉体、分散剂、粘结剂、增稠剂、润湿剂、溶剂。
第二方面，本发明提供了一种氧化铝粉体，所述氧化铝粉体适于通过强碱溶液发生消解反应，以消除表面的毛刺凸起。
第三方面，本发明提供了一种氧化铝陶瓷浆料，包括以下原料：如前所述的氧化铝粉体，分散剂、粘结剂、增稠剂、润湿剂、溶剂；各原料适于分散均匀，形成浆料。
第四方面，本发明提供了一种氧化铝陶瓷隔膜的制备方法，包括：制备氧化铝陶瓷浆料；将氧化铝陶瓷浆料涂覆在基膜表面，并烘干形成氧化铝陶瓷涂层。
第五方面，本发明提供了一种锂电池，包括：隔膜；所述隔膜采用如前所述的氧化铝陶瓷隔膜。
本发明的有益效果是，本发明的氧化铝陶瓷隔膜及制备方法、粉体、陶瓷浆料、锂电池，通过采用无毛刺凸起的氧化铝粉体制备氧化铝陶瓷涂层，可以降低氧化铝陶瓷涂层的粗糙度，从而避免电池卷绕的抽芯现象，提高电池质量。
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是本发明的氧化铝陶瓷隔膜的制备工艺流程图；
图2是本发明的氧化铝陶瓷隔膜与传统陶瓷隔膜的陶瓷涂层的性能对比图。
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。
第一部分：
传统陶瓷隔膜由于氧化铝表面有很多毛刺凸起，导致陶瓷涂层的粗糙度比较大，在做电池卷绕的过程中，容易发生抽芯现象。为了降低陶瓷涂层的粗糙度，本发明提供了一种低粗糙度的氧化铝陶瓷隔膜，包括：基膜和位于基膜表面的氧化铝陶瓷涂层；其中所述氧化铝陶瓷涂层包括以下原料：无毛刺凸起的氧化铝粉体、分散剂、粘结剂、增稠剂、润湿剂、溶剂。
可选的，所述基膜包括但不限于有PP膜、PE膜、PI膜、PET膜等高分子薄膜及其复合膜。
可选的，在氧化铝陶瓷涂层的原料中，氧化铝粉体、分散剂、粘结剂、增稠剂、润湿剂、溶剂的质量比依次为1：(0.0041-0.0161)：(0.031-0.091)：(0.0041-0.031)：(0.0032-0.0092)：(1.3-5.5)，可选为1：0.01：0.06：0.01：0.005：3，或1：0.012：0.08：0.02：0.004：2。
所述分散剂包括硅酸盐类(如水玻璃)、碱金属磷酸盐类(如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠等)、有机分散剂；其中所述有机分散剂包括：三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的至少一种；
所述增稠剂包括但不限于羧甲基丙烯酸钠；
所述润湿剂包括但不限于包含有机硅醚类的表面活性剂；
所述溶剂包括但不限于纯水。
作为无毛刺凸起的氧化铝粉体的一种可选的实施方式。
所述氧化铝粉体适于通过强碱溶液发生消解反应，以消除表面的毛刺凸起，形成无毛刺凸起的氧化铝粉体。其中，所述强碱溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种，其浓度为20％-99％，可选为30％、60％、75％，消解时间为5-20min，不易过长，否则容易导致氧化铝粉体消解。
所述消解反应的反应式包括：Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O。
进一步，所述氧化铝粉体为纯度不小于99％的α纳米氧化铝，其粒径D50为0.1-10μm，可选为1-6μm，主要保证氧化铝粉体的纯度，避免混入杂质，导致电池的电性能下降。
本实施方式的氧化铝粉体通过强碱溶液发生消解反应，消除表面的毛刺凸起，具有以下优点：无有害物质产生，属于环境友好型；反应速度快，反应效率高，提高生产效率，降低生产成本；反应均一性好，有效保证了粉料粒径的均一性。
如前所述，本发明提供了一种氧化铝粉体，所述氧化铝粉体适于通过强碱溶液发生消解反应，以消除表面的毛刺凸起。
如前所述，本发明提供了一种氧化铝陶瓷浆料，包括以下原料：如前所述的氧化铝粉体，分散剂、粘结剂、增稠剂、润湿剂、溶剂；各原料适于分散均匀，形成浆料。其中分散的方式包括但不限于采用双行星或者砂磨机进行高速分散。
如前所述，见图1，本发明提供了一种低粗糙度的氧化铝陶瓷隔膜的制备方法，包括：制备氧化铝陶瓷浆料；将氧化铝陶瓷浆料涂覆在基膜表面，并烘干形成氧化铝陶瓷涂层。
可选的，所述氧化铝陶瓷浆料适于通过以下方式制备：将如前所述的氧化铝粉体，分散剂、粘结剂、增稠剂、润湿剂、溶剂等原料混合，采用双行星或者砂磨机进行高速分散，分散均匀形成氧化铝陶瓷浆料。
如前所述，本发明提供了一种锂电池，包括：隔膜；所述隔膜采用如前所述的氧化铝陶瓷隔膜。
第二部分：
实施例1
(1)消解反应
先选取100kg粒径D50＝0.9μm，纯度为99.9％的α-氧化铝粉体；将α-氧化铝粉体投入到80％浓度的强碱溶液中进行氧化铝表面毛刺凸起的消解，消解时间为5min；将反应后的氧化铝粉体进行水洗烘干，形成无毛刺凸起的氧化铝粉体。
(2)制备氧化铝陶瓷浆料
先在搅拌罐中添加40.0kg纯水，然后添加0.093kg的钠盐分散剂进行搅拌分散；再加入19.0kg无毛刺凸起的氧化铝粉体，进行搅拌分散；再加入0.48kg的羧甲基丙烯酸钠溶液，进行搅拌砂磨；再加入1.55kg的丙烯酸类粘结剂，进行搅拌；再加入1.56kg的润湿剂溶液，进行搅拌分散，制成氧化铝陶瓷浆料。
(3)涂覆
将氧化铝陶瓷浆料涂覆在12μm后的PE膜上，在PE膜表面形成氧化铝陶瓷涂层。其涂覆规格为12+4(即基膜厚度12μm，涂覆厚度4μm)，制成低粗糙度的氧化铝陶瓷隔膜。
实施例2
(1)消解反应
先选取100kg粒径D50＝0.1μm，纯度为99％的α-氧化铝粉体；将α-氧化铝粉体投入到20％浓度的强碱溶液中进行氧化铝表面毛刺凸起的消解，消解时间为20min；将反应后的氧化铝粉体进行水洗烘干，形成无毛刺凸起的氧化铝粉体。
(2)制备氧化铝陶瓷浆料
先在搅拌罐中添加26kg纯水，然后添加0.082kg的钠盐分散剂进行搅拌分散；再加入20kg无毛刺凸起的氧化铝粉体，进行搅拌分散；再加入0.2kg的羧甲基丙烯酸钠溶液，进行搅拌砂磨；再加入1.82kg的丙烯酸类粘结剂，进行搅拌；再加入0.064kg的润湿剂溶液，进行搅拌分散，制成氧化铝陶瓷浆料。
(3)涂覆
将氧化铝陶瓷浆料涂覆在12μm后的PE膜上，在PE膜表面形成氧化铝陶瓷涂层。其涂覆规格为12+4(即基膜厚度12μm，涂覆厚度4μm)，制成低粗糙度的氧化铝陶瓷隔膜。
实施例3
(1)消解反应
先选取100kg粒径D50＝10μm，纯度为99.99％的α-氧化铝粉体；将α-氧化铝粉体投入到80％浓度的强碱溶液中进行氧化铝表面毛刺凸起的消解，消解时间为10min；将反应后的氧化铝粉体进行水洗烘干，形成无毛刺凸起的氧化铝粉体。
(2)制备氧化铝陶瓷浆料
先在搅拌罐中添加110kg纯水，然后添加0.322kg的钠盐分散剂进行搅拌分散；再加入20kg无毛刺凸起的氧化铝粉体，进行搅拌分散；再加入0.082kg的羧甲基丙烯酸钠溶液，进行搅拌砂磨；再加入0.62kg的丙烯酸类粘结剂，进行搅拌；再加入0.184kg的润湿剂溶液，进行搅拌分散，制成氧化铝陶瓷浆料。
(3)涂覆
将氧化铝陶瓷浆料涂覆在12μm后的PE膜上，在PE膜表面形成氧化铝陶瓷涂层。其涂覆规格为12+4(即基膜厚度12μm，涂覆厚度4μm)，制成低粗糙度的氧化铝陶瓷隔膜。
实施例4
(1)消解反应
先选取100kg粒径D50＝6μm，纯度为99.9％的α-氧化铝粉体；将α-氧化铝粉体投入到60％浓度的强碱溶液中进行氧化铝表面毛刺凸起的消解，消解时间为15min；将反应后的氧化铝粉体进行水洗烘干，形成无毛刺凸起的氧化铝粉体。
(2)制备氧化铝陶瓷浆料
先在搅拌罐中添加70kg纯水，然后添加0.15kg的钠盐分散剂进行搅拌分散；再加入20kg无毛刺凸起的氧化铝粉体，进行搅拌分散；再加入0.35kg的羧甲基丙烯酸钠溶液，进行搅拌砂磨；再加入1.0kg的丙烯酸类粘结剂，进行搅拌；再加入0.12kg的润湿剂溶液，进行搅拌分散，制成氧化铝陶瓷浆料。
(3)涂覆
将氧化铝陶瓷浆料涂覆在12μm后的PE膜上，在PE膜表面形成氧化铝陶瓷涂层。其涂覆规格为12+4(即基膜厚度12μm，涂覆厚度4μm)，制成低粗糙度的氧化铝陶瓷隔膜。
对比例
(1)制备陶瓷浆料
先在搅拌罐中添加40.0kg纯水，然后添加0.093kg的钠盐分散剂进行搅拌分散；再加入19.0kg未处理的氧化铝，进行搅拌分散；再加入0.48kg的羧甲基丙烯酸钠溶液，进行搅拌砂磨；再加入1.55kg的丙烯酸类粘结剂，进行搅拌；再加入1.56kg的润湿剂溶液，进行搅拌分散，制成常规陶瓷涂层。
(2)涂覆
将常规陶瓷浆料涂覆在12μm后的PE膜上，在PE膜表面形成陶瓷涂层。其涂覆规格为12+4(即基膜厚度12μm，涂覆厚度4μm)，制成传统的陶瓷隔膜。
实施例5
见图2，本实施例5对实施例1制备的低粗糙度的氧化铝陶瓷隔膜(对应图2中的新型)和对比例制备的传统隔膜(对应图2中的常规)进行粗糙度检测。可以看出，本发明的低粗糙度的氧化铝陶瓷隔膜，其氧化铝陶瓷涂层的粗糙度为0.008μm，而传统隔膜的粗糙度为0.06μm。可见，通过对氧化铝陶瓷涂层中的氧化铝粉体进行消解反应，消除其表面毛刺凸起，对氧化铝陶瓷隔膜的粗糙度有大幅改善。
综上所述，本发明的氧化铝陶瓷隔膜及制备方法、粉体、陶瓷浆料、锂电池通过强碱溶液发生消解反应，消除氧化铝粉体表面的毛刺凸起，并配合其他原料组分，如分散剂、粘结剂、增稠剂、润湿剂、溶剂等分散成氧化铝陶瓷浆料，在进行涂覆后，可以降低氧化铝陶瓷涂层的粗糙度，从而避免电池卷绕的抽芯现象，提高电池质量。
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 (6)

1.一种氧化铝陶瓷隔膜，其特征在于，包括：
基膜和位于基膜表面的氧化铝陶瓷涂层；其中
所述氧化铝陶瓷涂层包括以下原料：
无毛刺凸起的氧化铝粉体、分散剂、粘结剂、增稠剂、润湿剂、溶剂；
所述氧化铝粉体为纯度不小于99%的α纳米氧化铝，其粒径D50为1-6μm；
所述氧化铝粉体适于通过强碱溶液发生消解反应，以消除表面的毛刺凸起。
2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷隔膜，其特征在于，
所述强碱溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种，其浓度为20%-99%。
3.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷隔膜，其特征在于，
所述消解反应的反应式包括：
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O。
4.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷隔膜，其特征在于，
氧化铝粉体、分散剂、粘结剂、增稠剂、润湿剂、溶剂的质量比依次为
1：（0.0041-0.0161）：（0.031-0.091）：（0.0041-0.031）：（0.0032-0.0092）：（1.3-5.5）。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的氧化铝陶瓷隔膜的制备方法，其特征在于，包括：
制备氧化铝陶瓷浆料；
将氧化铝陶瓷浆料涂覆在基膜表面，并烘干形成氧化铝陶瓷涂层。
6.一种锂电池，其特征在于，包括：
隔膜；
所述隔膜采用如权利要求1-4任一项所述的氧化铝陶瓷隔膜。
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