CN111554855A - 高孔隙的涂覆隔膜及其制备方法、陶瓷涂层、锂电池 - Google Patents

高孔隙的涂覆隔膜及其制备方法、陶瓷涂层、锂电池 Download PDF

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Abstract

本发明属于隔膜技术领域，具体涉及一种高孔隙的涂覆隔膜及其制备方法、陶瓷涂层、锂电池；其中所述高孔隙的涂覆隔膜包括：基膜和涂覆在基膜表面的陶瓷涂层；所述陶瓷涂层包括：陶瓷粉体、交联剂、分散剂、引发剂和水；本发明的高孔隙的涂覆隔膜通过采用具有一定孔结构的陶瓷粉体和具有较大粒径的交联剂制作陶瓷浆料，涂覆在基膜表面形成陶瓷涂层后，使本高孔隙的涂覆隔膜具有较高的孔隙率，降低了锂电池的内阻，提升了锂电池的充放电特性；同时本发明采用具有一定支链结构的交联剂和分散剂，可以更加有效的将陶瓷粉体进行分散，避免陶瓷浆料中颗粒团聚而导致涂覆后陶瓷涂层中具有团聚大颗粒，避免了制作成锂电池后大颗粒导致电池性能降低的问题。

Description

高孔隙的涂覆隔膜及其制备方法、陶瓷涂层、锂电池
技术领域
本发明属于隔膜技术领域，具体涉及一种高孔隙的涂覆隔膜及其制备方法、陶瓷涂层、锂电池。
背景技术
由于锂电池具有较好的二次循环特性，高的能力密度，被广泛应用在移动通信、储能、电动汽车等领域。
目前隔膜主要为PE和PP，但由于PE和PP的物理、化学特性，导致在PE、PP做出电池后的孔隙率较低、锂电池内阻较大。为了改善此缺点，目前主要在PE、PP表面涂覆陶瓷涂层，但由于在选择陶瓷粉体的时候，并未对陶瓷粉体进行形貌和粒径筛选，在生产时小粒径的粉体填充在了颗粒之间的空隙内，同时由于陶瓷粉体为实体，降低了陶瓷涂层的孔隙率同时也增加了陶瓷隔膜的透气值，影响锂电池中锂离子穿梭，增加了电池内阻。
在目前陶瓷涂覆隔膜中，由于生产工艺等方面原因，并未对陶瓷粉体的粒径及形貌进行控制，陶瓷粉体制作成浆料涂覆在基材上面经过烘干得到陶瓷涂覆隔膜。由于粉体本身粒径分布较宽，大小颗粒同时存在，同时陶瓷粉体的形貌为实体形貌，导致在隔膜表面的陶瓷涂层会较为致密，小颗粒粉体填充在粉体孔隙之间，造成涂覆隔膜透气值增加较大，影响了锂电池中锂离子的通过。同时由于小颗粒的填充造成涂层孔隙率降低，电解液保液量降低，造成锂电池容量降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种高孔隙的涂覆隔膜及其制备方法、陶瓷涂层、锂电池。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高孔隙的涂覆隔膜，包括：基膜和涂覆在基膜表面的陶瓷涂层；所述陶瓷涂层包括：陶瓷粉体、交联剂、分散剂、引发剂和水。
进一步，所述陶瓷粉体包括：氧化铝、氧化硅、硫酸钡、氢氧化镁、氯化硅、氧化锆中的一种或多种混合。
进一步，所述陶瓷粉体的粒径比例为D10:D50:D90＝1:3:6。
进一步，所述陶瓷粉体的形貌为具有一定孔结构的无规则粉体；
所述陶瓷粉体的孔与粉体体积比例为3:7；以及所述陶瓷粉体的孔径为0.03-0.1um。
进一步，所述交联剂包括：聚丙烯酸酯类、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、丙烯腈类共聚物、丙烯酸和丙烯腈的共聚物中的一种或多种组合。
进一步，所述分散剂包括：羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚环氧乙烷和羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种组合。
进一步，所述引发剂的结构式为：
Figure BDA0002494619740000021
又一方面，本发明还提供了一种高孔隙的涂覆隔膜的制备方法，包括：制备陶瓷浆料；将陶瓷浆料涂覆在基膜表面；以及对涂覆有陶瓷浆料的基膜进行烘干。
第三方面，本发明还提供了一种陶瓷涂层，包括：20-80重量份陶瓷粉体、2-10重量份交联剂、0.3-5重量份分散剂、0.05-15重量份引发剂和水。
第四方面，本发明还提供了一种锂电池，包括：隔膜；所述隔膜采用如前所述的高孔隙的涂覆隔膜。
本发明的有益效果是，本发明的高孔隙的涂覆隔膜通过采用具有一定孔结构的陶瓷粉体和具有较大粒径的交联剂制作陶瓷浆料，涂覆在基膜表面形成陶瓷涂层后，使本高孔隙的涂覆隔膜具有较高的孔隙率，降低了锂电池的内阻，提升了锂电池的充放电特性；同时本发明采用具有一定支链结构的交联剂和分散剂，可以更加有效的将陶瓷粉体进行分散，避免陶瓷浆料中颗粒团聚而导致涂覆后陶瓷涂层中具有团聚大颗粒，避免了制作成锂电池后大颗粒导致电池性能降低的问题。
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，作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的高孔隙的涂覆隔膜的制备方法的步骤图。
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。
实施例1
本实施例1提供了一种高孔隙的涂覆隔膜，包括：基膜和涂覆在基膜表面的陶瓷涂层；所述陶瓷涂层包括：陶瓷粉体、交联剂、分散剂、引发剂和水。
具体的，所述基膜包括但不限于为聚烯烃隔膜、无纺布隔膜、PI隔膜中的一种或多种组合，优选聚烯烃隔膜；所述聚烯烃隔膜优选孔隙率为：40％-60％的聚乙烯隔膜。
在本实施例中，所述陶瓷粉体包括：氧化铝、氧化硅、硫酸钡、氢氧化镁、氯化硅、氧化锆中的一种或多种混合。
在本实施例中，所述陶瓷粉体的粒径比例为D10:D50:D90＝1:3:6。
在本实施例中，所述陶瓷粉体的形貌为具有一定孔结构的无规则粉体；所述陶瓷粉体的孔与粉体体积比例为3:7；以及所述陶瓷粉体的孔径为0.03-0.1um，如0.03um、0.05um、0.08um或0.1um。
具体的，采用具有孔结构的陶瓷粉体，可以极大的提高高孔隙的涂覆隔膜的孔隙率，降低了由于陶瓷涂层的原因导致隔膜透气增加的问题。
在本实施例中，所述交联剂包括：聚丙烯酸酯类、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、丙烯腈类共聚物、丙烯酸和丙烯腈的共聚物中的一种或多种组合。
具体的，所述交联剂粒径优选为0.1-0.5um，如0.1um、0.3um或0.5um。
具体的，所述交联剂优选具有支链结构的交联剂。
在本实施例中，所述分散剂包括：羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚环氧乙烷和羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种组合。
具体的，所述分散剂优选具有阴离子特性的分散剂；同时所述分散剂优选具有10个及以上的C支链结构。
在本实施例中，所述引发剂的结构式为：
Figure BDA0002494619740000041
具体的，所述引发剂中R为C原子数为1-20的高分子结构；本实施例引入了引发剂，虽然陶瓷涂层的孔隙率更高了，但是由于加入引发剂，使得交联剂具有更高的交联度，使得高孔隙的涂覆隔膜具有更高的抗热收缩的特性。
本实施例1通过采用具有一定孔结构的陶瓷粉体和具有较大粒径的交联剂制作陶瓷浆料，涂覆在基膜表面形成陶瓷涂层后，使本实施例的高孔隙的涂覆隔膜具有较高的孔隙率，降低了锂电池的内阻，提升了锂电池的充放电特性；同时本实施例1采用具有一定支链结构的交联剂和分散剂，可以更加有效的将陶瓷粉体进行分散，避免陶瓷浆料中颗粒团聚而导致涂覆后陶瓷涂层中具有团聚大颗粒，避免了制作成锂电池后大颗粒导致电池性能降低的问题。
实施例2
如图1所示，在实施例1的基础上，本实施例2提供了一种高孔隙的涂覆隔膜的制备方法，包括：步骤S1，制备陶瓷浆料；步骤S2，将陶瓷浆料涂覆在基膜表面；以及步骤S3，对涂覆有陶瓷浆料的基膜进行烘干。
具体的，制备陶瓷浆料的方法包括：将分散剂加入水中，搅拌均匀后加入陶瓷粉体，分散均匀后，加入交联剂，搅拌后加入引发剂，搅拌分散，得到陶瓷浆料。
实施例3
在实施例1和2的基础上，本实施例3提供了一种陶瓷涂层，包括：20-80重量份陶瓷粉体、2-10重量份交联剂、0.3-5重量份分散剂、0.05-15重量份引发剂和水。
实施例4
步骤S1，将150g分散剂加入28.55kg水中，搅拌均匀后加入20kg陶瓷粉体，分散均匀后，加入1kg交联剂，搅拌后加入300g引发剂，搅拌分散，得到陶瓷浆料。
步骤S2，将步骤S1得到的陶瓷浆料涂覆在基膜表面。
步骤S3，经过烘干，得到高孔隙的涂覆隔膜。
实施例5
步骤S1，将350g分散剂加入17.35kg水中，搅拌均匀后加入30kg陶瓷粉体，分散均匀后，加入1.5kg交联剂，搅拌后加入800g引发剂，搅拌分散，得到陶瓷浆料。
步骤S2，将步骤S1得到的陶瓷浆料涂覆在基膜表面。
步骤S3，经过烘干，得到高孔隙的涂覆隔膜。
实施例6
步骤S1，将500g分散剂加入6.5kg水中，搅拌均匀后加入40kg陶瓷粉体，分散均匀后，加入2kg交联剂，搅拌后加入1kg引发剂，搅拌分散，得到陶瓷浆料。
步骤S2，将步骤S1得到的陶瓷浆料涂覆在基膜表面。
步骤S3，经过烘干，得到高孔隙的涂覆隔膜。
实施例7
在实施例1的基础上，本实施例7提供了一种锂电池，包括：隔膜；所述隔膜采用如实施例1所述的高孔隙的涂覆隔膜。
具体的，关于高孔隙的涂覆隔膜的具体参数参见实施例1中的相关论述，在此不再赘述。
综上所述，本发明的高孔隙的涂覆隔膜通过采用具有一定孔结构的陶瓷粉体和具有较大粒径的交联剂制作陶瓷浆料，涂覆在基膜表面形成陶瓷涂层后，使本高孔隙的涂覆隔膜具有较高的孔隙率，降低了锂电池的内阻，提升了锂电池的充放电特性；同时本发明采用具有一定支链结构的交联剂和分散剂，可以更加有效的将陶瓷粉体进行分散，避免陶瓷浆料中颗粒团聚而导致涂覆后陶瓷涂层中具有团聚大颗粒，避免了制作成锂电池后大颗粒导致电池性能降低的问题。
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)

1.一种高孔隙的涂覆隔膜，其特征在于，包括：
基膜和涂覆在基膜表面的陶瓷涂层；
所述陶瓷涂层包括：陶瓷粉体、交联剂、分散剂、引发剂和水。
2.根据权利要求1所述的高孔隙的涂覆隔膜，其特征在于，
所述陶瓷粉体包括：氧化铝、氧化硅、硫酸钡、氢氧化镁、氯化硅、氧化锆中的一种或多种混合。
3.根据权利要求2所述的高孔隙的涂覆隔膜，其特征在于，
所述陶瓷粉体的粒径比例为D10:D50:D90＝1:3:6。
4.根据权利要求2所述的高孔隙的涂覆隔膜，其特征在于，
所述陶瓷粉体的形貌为具有一定孔结构的无规则粉体；
所述陶瓷粉体的孔与粉体体积比例为3:7；以及
所述陶瓷粉体的孔径为0.03-0.1um。
5.根据权利要求1所述的高孔隙的涂覆隔膜，其特征在于，
所述交联剂包括：聚丙烯酸酯类、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、丙烯腈类共聚物、丙烯酸和丙烯腈的共聚物中的一种或多种组合。
6.根据权利要求1所述的高孔隙的涂覆隔膜，其特征在于，
所述分散剂包括：羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚环氧乙烷和羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的高孔隙的涂覆隔膜，其特征在于，
所述引发剂的结构式为：
Figure FDA0002494619730000011
8.一种高孔隙的涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，包括：
制备陶瓷浆料；
将陶瓷浆料涂覆在基膜表面；以及
对涂覆有陶瓷浆料的基膜进行烘干。
9.一种陶瓷涂层，其特征在于，包括：
20-80重量份陶瓷粉体、2-10重量份交联剂、0.3-5重量份分散剂、0.05-15重量份引发剂和水。
10.一种锂电池，其特征在于，包括：
隔膜；
所述隔膜采用如权利要求1所述的高孔隙的涂覆隔膜。
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