CN111525077A - 超轻型陶瓷混涂隔膜浆料及其制备方法 - Google Patents

超轻型陶瓷混涂隔膜浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料及其制备方法，包括掺杂陶瓷颗粒、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、纯水，并且，掺杂陶瓷颗粒：分散剂：增稠剂：粘结剂：润湿剂：纯水＝1：0.0041‑0.017：0.002‑0.03：0.022‑0.09：0.001‑0.006：1‑6；掺杂陶瓷颗粒包括纳米纤维素和陶瓷颗粒，纳米纤维素的粒径在100‑1000nm，陶瓷颗粒的粒径范围D50＝0.3‑5.0μm，纳米纤维素和所述陶瓷颗粒的质量比在11:1至1:11之间。本发明的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，采用由纳米纤维素和陶瓷颗粒组成的掺杂陶瓷颗粒，纳米纤维素具有较低的密度，与陶瓷颗粒具有良好的融合，利用这种具有较低密度的掺杂陶瓷颗粒制备的隔膜浆料，能够在隔膜表面形成的涂层具有更低的密度。

Description

超轻型陶瓷混涂隔膜浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料及其制备方法，属于电化学技术领域。
背景技术
锂离子电池是现代高性能电池的代表，由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四个主要部分组成。其中，隔膜是一种具有微孔结构的薄膜，在锂电池中起到如下两个主要作用：a、隔开锂电池的正、负极，防止正、负极接触形成短路；b、薄膜中的微孔能够让锂离子通过，形成充放电回路。隔膜的性能直接影响锂电池的容量、循环能力以及安全性能等特性。
传统隔膜采用单一陶瓷，而陶瓷的密度较大，致使陶瓷隔膜的涂层面密度较高，较高的涂层面密度会影响电解液中的离子穿过，使电池的内阻增高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料及其制备方法，以降低陶瓷隔膜的涂层面密度。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，包括掺杂陶瓷颗粒、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、纯水，并且，掺杂陶瓷颗粒：分散剂：增稠剂：粘结剂：润湿剂：纯水＝1：0.0041-0.017：0.002-0.03：0.022-0.09：0.001-0.006：1-6；
所述掺杂陶瓷颗粒包括纳米纤维素和陶瓷颗粒，所述纳米纤维素的粒径在100-1000nm，所述陶瓷颗粒的粒径范围D50＝0.3-5.0μm，并且，所述纳米纤维素和所述陶瓷颗粒的质量比在11:1至1:11之间。
进一步，所述纳米纤维素和所述陶瓷颗粒的质量比在3:1至1:3之间。
进一步，所述陶瓷颗粒为氧化铝或勃姆石或氢氧化镁或氢氧化铝或上述组分任意两种的组合或上述组分任意三种的组合或全部包括上述四种组分。
进一步，所述分散剂采用硅酸盐类分散剂或碱金属磷酸盐类分散剂或有机分散剂。
进一步，所述碱金属磷酸盐类分散剂为三聚磷酸钠或六偏磷酸钠或焦磷酸钠，所述有机分散剂为三乙基己基磷酸或十二烷基硫酸钠或甲基戊醇或纤维素衍生物或聚丙烯酰胺或古尔胶或脂肪酸聚乙二醇酯。
进一步，所述润湿剂为阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂或中性表面活性剂。
进一步，所述增稠剂为羧甲基丙烯酸钠。
进一步，所述粘结剂为丙烯酸类的水性粘结剂。
本发明还提供了一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，制备掺杂陶瓷颗粒：将纳米纤维素和陶瓷颗粒进行混合，纳米纤维素和陶瓷颗粒的质量比在11:1至1:11之间；所述陶瓷颗粒至少包含氧化铝和勃姆石；
步骤S2，按照分散剂、掺杂陶瓷颗粒、增稠剂、粘结剂、润湿剂的加入顺序依次加入纯水中，并且，每个组分加入后均进行充份搅拌，待搅拌均匀后再加入下一组分，分散剂、掺杂陶瓷颗粒、增稠剂、粘结剂、润湿剂、纯水的配比为0.0041-0.017：1：0.002-0.03：0.022-0.09：0.001-0.006：1-6。
采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
本发明的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，采用由纳米纤维素和陶瓷颗粒组成的掺杂陶瓷颗粒，纳米纤维素具有较低的密度，与陶瓷颗粒具有良好的融合，利用这种具有较低密度的掺杂陶瓷颗粒制备的隔膜浆料，能够在隔膜表面形成的涂层具有更低的密度，从而避免因隔膜涂层导致电池的内阻增高。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
除非别作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，包括掺杂陶瓷颗粒、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、纯水，并且，掺杂陶瓷颗粒：分散剂：增稠剂：粘结剂：润湿剂：纯水＝1：0.0041-0.017：0.002-0.03：0.022-0.09：0.001-0.006：1-6；
所述掺杂陶瓷颗粒包括纳米纤维素和陶瓷颗粒，所述纳米纤维素的粒径在100-1000nm，所述陶瓷颗粒的粒径范围D50＝0.3-5.0μm，并且，所述纳米纤维素和所述陶瓷颗粒的质量比在11:1至1:11之间，优选在3:1至1:3之间。陶瓷颗粒为氧化铝或勃姆石或氢氧化镁或氢氧化铝或上述组分任意两种的组合或上述组分任意三种的组合或全部包括上述四种组分。分散剂采用硅酸盐类分散剂或碱金属磷酸盐类分散剂或有机分散剂。碱金属磷酸盐类分散剂为三聚磷酸钠或六偏磷酸钠或焦磷酸钠，所述有机分散剂为三乙基己基磷酸或十二烷基硫酸钠或甲基戊醇或纤维素衍生物或聚丙烯酰胺或古尔胶或脂肪酸聚乙二醇酯。润湿剂为阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂或中性表面活性剂。增稠剂为羧甲基丙烯酸钠。粘结剂为丙烯酸类的水性粘结剂。
一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，制备掺杂陶瓷颗粒：将纳米纤维素和陶瓷颗粒进行混合，纳米纤维素和陶瓷颗粒的质量比在11:1至1:11之间；所述陶瓷颗粒至少包含氧化铝和勃姆石；
步骤S2，按照分散剂、掺杂陶瓷颗粒、增稠剂、粘结剂、润湿剂的加入顺序依次加入纯水中，并且，每个组分加入后均进行充份搅拌，待搅拌均匀后再加入下一组分，分散剂、掺杂陶瓷颗粒、增稠剂、粘结剂、润湿剂、纯水的配比为0.0041-0.017：1：0.002-0.03：0.022-0.09：0.001-0.006：1-6。
为了更清楚的说明本发明的技术方案与效果，以下提供3个具体实施例。
实施例1：
一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，包括掺杂陶瓷颗粒、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、纯水，其中掺杂陶瓷颗粒12Kg，分散剂0.0492Kg，增稠剂0.024Kg，粘结剂0.264Kg，润湿剂0.012Kg，纯水12Kg，分散剂为硅酸盐类分散剂(水玻璃)，增稠剂为羧甲基丙烯酸钠，粘结剂为丙烯酸类的水性粘结剂，润湿剂为阴离子型表面活性剂。
掺杂陶瓷颗粒包括纳米纤维素和陶瓷颗粒，纳米纤维素的粒径选取100nm，陶瓷颗粒的粒径范围D50＝0.3μm，纳米纤维素取11Kg，陶瓷颗粒取1Kg，陶瓷颗粒为氧化铝颗粒。
利用上述制备超轻型陶瓷混涂隔膜浆料的方法如下：
一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，制备掺杂陶瓷颗粒：将11Kg、料径为100nm、粒径范围D50＝0.3μm的纳米纤维素和1Kg的氧化铝颗粒进行混合，混合后得到12Kg的掺杂陶瓷颗粒，该掺杂陶瓷颗粒中，纳米纤维素和陶瓷颗粒的质量比为11:1；
步骤S2：
2.1在搅拌罐中添加12Kg的纯水，然后在水中添加0.0492Kg的水玻璃进行搅拌分散；
2.2待分散剂搅拌分散后，再向水中加入12Kg的掺杂陶瓷颗粒，进行搅拌分散；
2.3待掺杂陶瓷颗粒均匀后，再向水中加入0.024Kg的羧甲基丙烯酸钠，进行搅拌砂磨；
2.4待增稠剂均匀后，再向水中加入0.264Kg的丙烯酸类的水性粘结剂，进行搅拌；
2.5待粘结剂均匀后，再向水中加入0.012Kg的阴离子型表面活性剂进行搅拌分散，搅拌均匀后，超轻型陶瓷混涂隔膜浆料制备完成。浆料制备完成后，将浆料涂覆在12μm的PE膜，涂层厚度为4μm，涂覆完成后即可测试涂层面密度。
本发明的工作原理如下：
本发明的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，采用由纳米纤维素和陶瓷颗粒组成的掺杂陶瓷颗粒，纳米纤维素具有较低的密度，与陶瓷颗粒具有良好的融合，利用这种具有较低密度的掺杂陶瓷颗粒制备的隔膜浆料，能够在隔膜表面形成的涂层具有更低的密度。
实施例2：
一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，包括掺杂陶瓷颗粒、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、纯水，其中掺杂陶瓷颗粒12Kg，分散剂0.204Kg，增稠剂0.36Kg，粘结剂1.08Kg，润湿剂0.072Kg，纯水72Kg，本实施例2中，分散剂采用碱金属磷酸盐类的分散剂，三聚磷酸钠，增稠剂为羧甲基丙烯酸钠，粘结剂为丙烯酸类的水性粘结剂，润湿剂为非离子型表面活性剂。
掺杂陶瓷颗粒包括纳米纤维素和陶瓷颗粒，纳米纤维素的粒径选取1000nm，陶瓷颗粒的粒径范围D50＝5μm，纳米纤维素取1Kg，陶瓷颗粒取11Kg，陶瓷颗粒由氧化铝和勃姆石组成，氧化铝10Kg，勃姆石1Kg。
利用上述上份制备超轻型陶瓷混涂隔膜浆料的方法如下：
一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，制备掺杂陶瓷颗粒：将1Kg、料径为1000nm、粒径范围D50＝5μm的纳米纤维素和10Kg的氧化铝、1Kg的勃姆石进行混合，混合后得到12Kg的掺杂陶瓷颗粒，该掺杂陶瓷颗粒中，纳米纤维素和陶瓷颗粒的质量比为1:11；
步骤S2：
2.1在搅拌罐中添加72Kg的纯水，然后在水中添加0.204Kg的三聚磷酸钠进行搅拌分散；
2.2待分散剂搅拌分散后，再向水中加入12Kg的掺杂陶瓷颗粒，进行搅拌分散；
2.3待掺杂陶瓷颗粒均匀后，再向水中加入0.36Kg的羧甲基丙烯酸钠，进行搅拌砂磨；
2.4待增稠剂均匀后，再向水中加入1.08Kg的丙烯酸类的水性粘结剂，进行搅拌；
2.5待粘结剂均匀后，再向水中加入0.072Kg的阴离子型表面活性剂进行搅拌分散，搅拌均匀后，超轻型陶瓷混涂隔膜浆料制备完成。浆料制备完成后，将浆料涂覆在12μm的PE膜，涂层厚度为4μm，涂覆完成后即可测试涂层面密度。
实施例3：
一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，包括掺杂陶瓷颗粒、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、纯水，其中掺杂陶瓷颗粒18Kg，分散剂0.094Kg，增稠剂0.18Kg，粘结剂0.9Kg，润湿剂0.054Kg，纯水20.4Kg，本实施例3中，分散剂采用碱金属磷酸盐类的分散剂，六偏磷酸钠，增稠剂为羧甲基丙烯酸钠，粘结剂为丙烯酸类的水性粘结剂，润湿剂为中性的表面活性剂。
掺杂陶瓷颗粒包括纳米纤维素和陶瓷颗粒，纳米纤维素的粒径选取500nm，陶瓷颗粒的粒径范围D50＝0.8μm，纳米纤维素取8Kg，陶瓷颗粒取10Kg，陶瓷颗粒由氧化铝和勃姆石组成，氧化铝3Kg，氢氧化镁7Kg。
利用上述上份制备超轻型陶瓷混涂隔膜浆料的方法如下：
一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，制备掺杂陶瓷颗粒：将8Kg、料径为500nm、粒径范围D50＝0.8μm的纳米纤维素和3Kg的氧化铝、7Kg的氢氧化镁进行混合，混合后得到18Kg的掺杂陶瓷颗粒，该掺杂陶瓷颗粒中，纳米纤维素和陶瓷颗粒的质量比为8:10；
步骤S2：
2.1在搅拌罐中添加20.4Kg的纯水，然后在水中添加0.094Kg的六偏磷酸钠进行搅拌分散；
2.2待分散剂搅拌分散后，再向水中加入18Kg的掺杂陶瓷颗粒，进行搅拌分散；
2.3待掺杂陶瓷颗粒均匀后，再向水中加入0.18Kg的羧甲基丙烯酸钠，进行搅拌砂磨；
2.4待增稠剂均匀后，再向水中加入0.9Kg的丙烯酸类的水性粘结剂，进行搅拌；
2.5待粘结剂均匀后，再向水中加入0.054Kg的中性的表面活性剂进行搅拌分散，搅拌均匀后，超轻型陶瓷混涂隔膜浆料制备完成。浆料制备完成后，将浆料涂覆在12μm的PE膜，涂层厚度为4μm，涂覆完成后即可测试涂层面密度。
经多组实施例对比，本发明所述的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料可明显降低隔膜涂层的面密度。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，其特征在于：包括掺杂陶瓷颗粒、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、纯水，并且，掺杂陶瓷颗粒：分散剂：增稠剂：粘结剂：润湿剂：纯水＝1：0.0041-0.017：0.002-0.03：0.022-0.09：0.001-0.006：1-6；
所述掺杂陶瓷颗粒包括纳米纤维素和陶瓷颗粒，所述纳米纤维素的粒径在100-1000nm，所述陶瓷颗粒的粒径范围D50＝0.3-5.0μm，并且，所述纳米纤维素和所述陶瓷颗粒的质量比在11:1至1:11之间。
2.根据权利要求1所述的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，其特征在于：所述纳米纤维素和所述陶瓷颗粒的质量比在3:1至1:3之间。
3.根据权利要求2所述的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，其特征在于：所述陶瓷颗粒为氧化铝或勃姆石或氢氧化镁或氢氧化铝或上述组分任意两种的组合或上述组分任意三种的组合或全部包括上述四种组分。
4.根据权利要求1所述的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，其特征在于：所述分散剂采用硅酸盐类分散剂或碱金属磷酸盐类分散剂或有机分散剂。
5.根据权利要求4所述的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，其特征在于：所述碱金属磷酸盐类分散剂为三聚磷酸钠或六偏磷酸钠或焦磷酸钠，所述有机分散剂为三乙基己基磷酸或十二烷基硫酸钠或甲基戊醇或纤维素衍生物或聚丙烯酰胺或古尔胶或脂肪酸聚乙二醇酯。
6.根据权利要求1所述的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，其特征在于：所述润湿剂为阴离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂或中性表面活性剂。
7.根据权利要求1所述的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，其特征在于：所述增稠剂为羧甲基丙烯酸钠。
8.根据权利要求1所述的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料，其特征在于：所述粘结剂为丙烯酸类的水性粘结剂。
9.一种如权利要求1至8任一项所述的超轻型陶瓷混涂隔膜浆料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1，制备掺杂陶瓷颗粒：将纳米纤维素和陶瓷颗粒进行混合，纳米纤维素和陶瓷颗粒的质量比在11:1至1:11之间；所述陶瓷颗粒至少包含氧化铝和勃姆石；
步骤S2，按照分散剂、掺杂陶瓷颗粒、增稠剂、粘结剂、润湿剂的加入顺序依次加入纯水中，并且，每个组分加入后均进行充份搅拌，待搅拌均匀后再加入下一组分，分散剂、掺杂陶瓷颗粒、增稠剂、粘结剂、润湿剂、纯水的配比为0.0041-0.017：1：0.002-0.03：0.022-0.09：0.001-0.006：1-6。
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