CN111554860A - 多层涂覆隔膜及其制备方法、锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隔膜技术领域,具体涉及一种多层涂覆隔膜及其制备方法、锂电池;其中所述多层涂覆隔膜包括:基膜,位于基膜表面的纤维涂层,位于纤维涂层表面的引发层,以及位于引发层表面的PVDF层;本发明多层涂覆隔膜由于使用有机耐高温纤维代替了陶瓷粉体,不仅解决了基膜高温稳定性差的问题,同时使得涂覆后的隔膜具有较轻的质量,涂覆后隔膜制作的电池具有较好的能力密度;同时由于纤维具有一定的长径比,使得纤维涂层具有较高的孔隙率,使制作的涂覆隔膜具有较好的保液能力;进一步,通过PVDF层,使多层涂覆隔膜具有一定的粘结性能;另外将涂覆隔膜内部引入引发剂,可以将具有碳氢链结构的粘结剂、PVDF等交联在一起,提高了PVDF的剥离强度。
Description
技术领域
本发明属于隔膜技术领域,具体涉及一种多层涂覆隔膜及其制备方法、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。
锂电池隔膜作为锂电池的四大组成材料之一,对电池的性能起到关键性作用,隔膜在锂电池中起到隔绝正负极同时提供锂离子通过的通道作用。
目前行业内锂电池隔膜主要为PE或PP,由于材料本身化学特性,使得PE或PP隔膜具有较差高温稳定性性能。同时隔膜与电池极片直接没有粘结特性。在长期充放电过程中,由于极片的膨胀和收缩,会影响电池性能。
目前行业普遍采用的是在基材表面涂覆一层PVDF,提供隔膜与极片的粘接力,但由于PVDF不具有高温稳定性,所以也会在隔膜表面涂覆一层陶瓷涂层,解决隔膜的安全特性。但采用陶瓷涂覆的隔膜,具有较高的面密度,制作电池后,整体质量较高,不利于电池能量密度的提升。同时陶瓷粉体堆砌在一起后,导致陶瓷涂层具有较低的孔隙率,且陶瓷粉体和PVDF一起涂覆后,隔膜的透气增加值更大,影响了锂电池的循环特性和充放电性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层涂覆隔膜及其制备方法、锂电池。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种多层涂覆隔膜,包括:基膜,位于基膜表面的纤维涂层,位于纤维涂层表面的引发层,以及位于引发层表面的PVDF层。
进一步,所述纤维涂层包括纤维、粘结剂和分散剂。
进一步,所述纤维包括:聚酰胺、聚酰亚胺、对位芳纶、间位芳纶、PMMA、腈纶、涤纶中的一种或多种混合;所述纤维具有碳氢链的结构;所述纤维直径为0.01um-30um;所述纤维长度为0.1um-200um;以及所述纤维的长径比为0.2-100。
进一步,所述引发层包括:引发剂和溶剂。
进一步,
进一步,所述PVDF层包括:PVDF粉末。
又一方面,本发明还提供了一种多层涂覆隔膜的制备方法,包括:制备纤维浆料,并将纤维浆料涂覆在基膜表面;制备溶液,并将溶液喷到纤维浆料表面;将PVDF粉末喷射到溶液的表面;以及对基膜进行催化作用。
进一步,制备纤维浆料的方法包括:将5-50重量份的纤维裁剪成具有一定长径比的纤维粒;以及将0.01-20重量份的分散剂加入水中,搅拌均匀后,加入纤维粒,搅拌均匀后,加入0.01-30重量份的粘结剂搅拌分散,制得纤维浆料。
进一步,制备溶液的方法包括:将0.03-15重量份的引发剂溶于溶剂中配置成固含量为1%-20%的溶液。
第三方面,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多层涂覆隔膜。
本发明的有益效果是,本发明的多层涂覆隔膜由于使用有机耐高温纤维代替了陶瓷粉体,不仅解决了基膜高温稳定性差的问题,同时使得涂覆后的隔膜具有较轻的质量,涂覆后隔膜制作的电池具有较好的能力密度;同时由于纤维具有一定的长径比,使得纤维涂层具有较高的孔隙率,使制作的涂覆隔膜具有较好的保液能力;进一步,通过PVDF层,使多层涂覆隔膜具有一定的粘结性能;另外将涂覆隔膜内部引入引发剂,可以将具有碳氢链结构的粘结剂、PVDF等交联在一起,提高了PVDF的剥离强度。
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是本发明的多层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提供了一种多层涂覆隔膜,包括:基膜,位于基膜表面的纤维涂层,位于纤维涂层表面的引发层,以及位于引发层表面的PVDF层。
具体的,所述基膜包括但不限于为PE膜、PP膜、无纺布膜中的一种或多种组合,优选PE膜。
作为纤维涂层的可选实施方式。
所述纤维涂层包括纤维、粘结剂和分散剂。
在本实施例中,所述纤维包括:聚酰胺、聚酰亚胺、对位芳纶、间位芳纶、PMMA、腈纶、涤纶中的一种或多种混合。
具体的,所述纤维采用有机耐高温纤维,且本实施例的纤维具有碳氢链的结构,纤维主链中含有5-50个碳氢支链。
进一步,所述纤维直径为0.01um-30um,如0.01um、5um、10um、25um或30um;所述纤维长度为0.1um-200um,如0.1um、50um、100um或200um;以及所述纤维的长径比为0.2-100,如0.2、20、50、80或100。
在本实施例中,所述粘结剂为:丁苯胶乳、苯丙胶乳、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或多种组合。
具体的,所述粘结剂溶于水后形成链状结构;且所述粘结剂具有碳氢支链结构。
在本实施例中,所述分散剂为:聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素铵、聚环氧乙烷的一种或多种组合。
作为引发层的可选实施方式。
所述引发层包括:引发剂和溶剂。
具体的,所述引发剂中R为C原子数为2-10的碳氢链结构;本实施例引入了引发剂,使得纤维、粘结剂、基膜之间交联固化,生成具有一体化结构的多层涂覆隔膜,具有很高的剥离强度及热收缩特性。
作为PVDF层的可选实施方式。
所述PVDF层包括:PVDF粉末。
具体的,PVDF粉末优选具有碳氢支链结构的PVDF,且碳氢支链中碳原子数量为3-10个。
本实施例1的多层涂覆隔膜由于使用有机耐高温纤维代替了陶瓷粉体,不仅解决了基膜高温稳定性差的问题,同时使得涂覆后的隔膜具有较轻的质量,涂覆后隔膜制作的电池具有较好的能力密度;同时由于纤维具有一定的长径比,使得纤维涂层具有较高的孔隙率,使制作的涂覆隔膜具有较好的保液能力;进一步,通过PVDF层,使多层涂覆隔膜具有一定的粘结性能;另外将涂覆隔膜内部引入引发剂,可以将具有碳氢链结构的粘结剂、PVDF等交联在一起,提高了PVDF的剥离强度。
实施例2
如图1所示,在实施例1的基础上,本实施例2提供了一种多层涂覆隔膜的制备方法,包括:步骤S1,制备纤维浆料,并将纤维浆料涂覆在基膜表面;步骤S2,制备溶液,并将溶液喷到纤维浆料表面;步骤S3,将PVDF粉末喷射到溶液的表面;以及步骤S4,对基膜进行催化作用。
具体的,制备纤维浆料的方法包括:将5-50重量份的纤维裁剪成具有一定长径比的纤维粒;以及将0.01-20重量份的分散剂加入水中,搅拌均匀后,加入纤维粒,搅拌均匀后,加入0.01-30重量份的粘结剂搅拌分散,制得纤维浆料。
具体的,制备溶液的方法包括:将0.03-15重量份的引发剂溶于溶剂中配置成固含量为1%-20%的溶液。
具体的,所述催化作用例如但不限于包括:光照、紫外线照射、电子束照射或高温烘干等催化作用。
实施例3
步骤S1,将10kg纤维裁剪成具有一定长径比的纤维粒;以及将200g分散剂加入水中,搅拌均匀后,加入纤维粒,搅拌均匀后,加入1kg粘结剂搅拌分散,制得纤维浆料,并将纤维浆料涂覆在基膜表面。
步骤S2,将150g引发剂溶于溶剂中配置成固含量为5%的溶液,将溶液通过雾化喷到纤维浆料的表面。
步骤S3,将PVDF粉末通过分散喷射到溶液的表面。
步骤S4,经过光照、紫外线照射、电子束照射或高温烘干后,得到多层涂覆隔膜。
实施例4
步骤S1,将20kg纤维裁剪成具有一定长径比的纤维粒;以及将500g分散剂加入水中,搅拌均匀后,加入纤维粒,搅拌均匀后,加入2kg粘结剂搅拌分散,制得纤维浆料,并将纤维浆料涂覆在基膜表面。
步骤S2,将300g引发剂溶于溶剂中配置成固含量为12%的溶液,将溶液通过雾化喷到纤维浆料的表面。
步骤S3,将PVDF粉末通过分散喷射到溶液的表面。
步骤S4,经过光照、紫外线照射、电子束照射或高温烘干后,得到多层涂覆隔膜。
实施例5
步骤S1,将25kg纤维裁剪成具有一定长径比的纤维粒;以及将800g分散剂加入水中,搅拌均匀后,加入纤维粒,搅拌均匀后,加入3kg粘结剂搅拌分散,制得纤维浆料,并将纤维浆料涂覆在基膜表面。
步骤S2,将500g引发剂溶于溶剂中配置成固含量为10%的溶液,将溶液通过雾化喷到纤维浆料的表面。
步骤S3,将PVDF粉末通过分散喷射到溶液的表面。
步骤S4,经过光照、紫外线照射、电子束照射或高温烘干后,得到多层涂覆隔膜。
实施例6
在实施例1的基础上,本实施例6提供了一种锂电池,包括:隔膜;所述隔膜采用如实施例1所述的多层涂覆隔膜。
具体的,关于多层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,本发明的多层涂覆隔膜由于使用有机耐高温纤维代替了陶瓷粉体,不仅解决了基膜高温稳定性差的问题,同时使得涂覆后的隔膜具有较轻的质量,涂覆后隔膜制作的电池具有较好的能力密度;同时由于纤维具有一定的长径比,使得纤维涂层具有较高的孔隙率,使制作的涂覆隔膜具有较好的保液能力;进一步,通过PVDF层,使多层涂覆隔膜具有一定的粘结性能;另外将涂覆隔膜内部引入引发剂,可以将具有碳氢链结构的粘结剂、PVDF等交联在一起,提高了PVDF的剥离强度。
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)
1.一种多层涂覆隔膜,其特征在于,包括:
基膜,位于基膜表面的纤维涂层,位于纤维涂层表面的引发层,以及位于引发层表面的PVDF层。
2.根据权利要求1所述的多层涂覆隔膜,其特征在于,
所述纤维涂层包括纤维、粘结剂和分散剂。
3.根据权利要求2所述的多层涂覆隔膜,其特征在于,
所述纤维包括:聚酰胺、聚酰亚胺、对位芳纶、间位芳纶、PMMA、腈纶、涤纶中的一种或多种混合;
所述纤维具有碳氢链的结构;
所述纤维直径为0.01um-30um;
所述纤维长度为0.1um-200um;以及
所述纤维的长径比为0.2-100。
4.根据权利要求1所述的多层涂覆隔膜,其特征在于,
所述引发层包括:引发剂和溶剂。
6.根据权利要求1所述的多层涂覆隔膜,其特征在于,
所述PVDF层包括:PVDF粉末。
7.一种多层涂覆隔膜的制备方法,其特征在于,包括:
制备纤维浆料,并将纤维浆料涂覆在基膜表面;
制备溶液,并将溶液喷到纤维浆料表面;
将PVDF粉末喷射到溶液的表面;以及
对基膜进行催化作用。
8.根据权利要求7所述的多层涂覆隔膜的制备方法,其特征在于,
制备纤维浆料的方法包括:
将5-50重量份的纤维裁剪成具有一定长径比的纤维粒;以及
将0.01-20重量份的分散剂加入水中,搅拌均匀后,加入纤维粒,搅拌均匀后,加入0.01-30重量份的粘结剂搅拌分散,制得纤维浆料。
9.根据权利要求7所述的多层涂覆隔膜的制备方法,其特征在于,
制备溶液的方法包括:
将0.03-15重量份的引发剂溶于溶剂中配置成固含量为1%-20%的溶液。
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所述的多层涂覆隔膜。
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