CN111554861A - 超低含水量的涂覆隔膜及其制备方法、陶瓷涂层、锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隔膜技术领域，具体涉及一种超低含水量的涂覆隔膜及其制备方法、陶瓷涂层、锂电池；其中所述超低含水量的涂覆隔膜包括：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、高分子有机物、引发剂、分散剂；以及在催化作用下，所述引发剂将高分子有机物与基膜交联在一起；本发明超低含水量的涂覆隔膜通过引入引发剂，导致基膜本身内部也发生了一定的交联，交联后的基膜本身的耐高温性能也有一定的提升；同时由于引入引发剂，导致涂覆隔膜结构一体化，降低了陶瓷涂层在电极内部的溶胀，在锂电池内部不会因陶瓷涂层脱落而影响到锂电池的各项性能；且引入引发剂，使涂覆后的隔膜孔隙率更高，同时大幅降低了涂覆隔膜的含水量。
Description
技术领域
本发明属于隔膜技术领域，具体涉及一种超低含水量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。
锂电池中四大材料包括：正极、负极、隔膜、电解液。其中隔膜对锂电池性能和安全性起到关键性的作用。隔膜的孔隙率决定着锂电池的容量、充放电特性等，隔膜的热关断和尺寸稳定性，决定着锂电池的安全性能。
目前行业内使用较多的隔膜是PE隔膜、PP隔膜、无纺布隔膜，由于本身材料的化学特性，导致隔膜本身的高温稳定性能不足，影响到锂电池的安全性能。
目前为解决上述问题，采用较多的是，在锂电池隔膜表面涂覆陶瓷涂层，来达到抑制隔膜高温收缩的特性，提高电池的安全性能。由于目前陶瓷浆料的工艺复杂，需要添加粘结剂等助剂，使陶瓷和基膜粘结在一起。但这些助剂具有一定的成膜性能，会在隔膜表面干燥后成膜，影响到隔膜的透气性能和整体的孔隙率。同时由于粘结剂具有较高的极性，会不断从空气中吸收水分，导致隔膜的含水量较高，从而对电池的性能造成影响，同时粘结剂具有一定的溶胀作用，在电解液中长期浸泡后，会有尺寸变化，影响电池长期循环特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低含水量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，本发明提供了一种超低含水量的涂覆隔膜，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、高分子有机物、引发剂、分散剂；以及在催化作用下，所述引发剂将高分子有机物与基膜交联在一起。
进一步，所述引发剂的结构式为：
进一步，所述陶瓷粉体包括：氧化铝、氧化锆、氧化钛、勃姆石、硫酸钡、氢氧化镁、氢氧化铝、硫化钡、硫化硅中的一种或多种混合。
进一步，所述高分子有机物包括：羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素铵、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸脂类、丙烯腈类共聚物、聚偏氟乙烯中的一种或多种混合。
进一步，所述分散剂为：聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、聚环氧乙烷中的一种或多种混合。
又一方面，本发明还提供了一种超低含水量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催化作用。
进一步，制备陶瓷浆料的方法包括：将陶瓷粉体加入水中，高速搅拌分散后，加入高分子有机物进行搅拌钩结包覆，高速搅拌后，加入分散剂，搅拌分散，再加入引发剂，搅拌分散均匀后，得到具有高分子包覆的陶瓷浆料。
进一步，对涂覆有陶瓷浆料的基膜进行催化作用的方法包括：通过高温、紫外照射、电子束或光照作用后，引发剂将高分子有机物与基膜交联在一起。
第三方面，本发明还提供了一种陶瓷涂层，包括：20-80重量份的陶瓷粉体、0.1-15重量份的高分子有机物、0.1-30重量份的引发剂和0.1-15重量份的分散剂。
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超低含水量的涂覆隔膜。
本发明的有益效果是，本发明的超低含水量的涂覆隔膜通过引入引发剂，导致基膜本身内部也发生了一定的交联，交联后的基膜本身的耐高温性能也有一定的提升；同时由于引入引发剂，导致涂覆隔膜结构一体化，降低了陶瓷涂层在电极内部的溶胀，在锂电池内部，不会因陶瓷涂层脱落而影响到锂电池的各项性能；且引入引发剂，可以省去粘结剂等助剂，使涂覆后的隔膜孔隙率更高，具有更高的保液能力，提升了锂电池的容量，降低了锂电池的内阻，还可以大幅降低涂覆隔膜的成本，同时大幅降低了涂覆隔膜的含水量。
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是本发明的超低含水量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提供了一种超低含水量的涂覆隔膜，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、高分子有机物、引发剂、分散剂；以及在催化作用下，所述引发剂将高分子有机物与基膜交联在一起，从而形成一体化的超低含水量的超低含水量的涂覆隔膜。
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具有碳氢支链的聚烯烃隔膜，且在聚烯烃链中，碳氢支链的数量在5-20个，优选5个、10个、15个或20个。
在本实施例中，所述引发剂的结构式为：
具体的，所述引发剂中R为C原子数为1-25的高分子结构，该结构的引发剂具有可控及较强的交联引发作用，可以将高分子有机物与基膜进行交联，交联得到的涂覆隔膜具有非常高的高温印制作用，且通过交联作用，使得陶瓷涂层与基膜具有非常高的剥离强度，几乎达到不可剥离，极大的增强了涂覆隔膜的结构一体化。
进一步，本实施例的超低含水量的涂覆隔膜通过引入引发剂，导致基膜本身内部也发生了一定的交联，交联后的基膜本身的耐高温性能也有一定的提升；同时由于引入引发剂，导致涂覆隔膜结构一体化，降低了陶瓷涂层在电极内部的溶胀，在锂电池内部，不会因陶瓷涂层脱落而影响到锂电池的各项性能；且引入引发剂，可以省去粘结剂等助剂，使涂覆后的隔膜孔隙率更高，具有更高的保液能力，提升了锂电池的容量，降低了锂电池的内阻，还可以大幅降低涂覆隔膜的成本，同时大幅降低了涂覆隔膜的含水量。
在本实施例中，所述陶瓷粉体包括：氧化铝、氧化锆、氧化钛、勃姆石、硫酸钡、氢氧化镁、氢氧化铝、硫化钡、硫化硅中的一种或多种混合。
具体的，所述陶瓷粉体优选具有孔状结构的陶瓷粉体，且孔状结构的孔径为0.02-0.3um，如0.02um、0.1um、0.2um或0.3um；所述陶瓷粉体的粉体粒径为0.01-20um，如0.01um、5um、10um、15um或20um。
在本实施例中，所述高分子有机物包括：羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素铵、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸脂类、丙烯腈类共聚物、聚偏氟乙烯中的一种或多种混合。
具体的，所述高分子有机物可以选用具有碳氢支链的结构，且碳氢支链数量为5-20；所述高分子有机物还可以选用溶于水后为链状结构的有机物。所述高分子有机物优选具有碳氢支链的结构。
在本实施例中，所述分散剂为：聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、聚环氧乙烷中的一种或多种混合。
实施例2
如图1所示，在实施例1的基础上，本实施例2提供了一种超低含水量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催化作用。
具体的，制备陶瓷浆料的方法包括：将陶瓷粉体加入水中，高速搅拌分散后，加入高分子有机物进行搅拌钩结包覆，高速搅拌后，加入分散剂，搅拌分散，再加入引发剂，搅拌分散均匀后，得到具有高分子包覆的陶瓷浆料。
具体的，对涂覆有陶瓷浆料的基膜进行催化作用的方法包括：通过高温、紫外照射、电子束或光照作用后，引发剂将高分子有机物与基膜交联在一起。
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重量份的陶瓷粉体、0.1-15重量份的高分子有机物、0.1-30重量份的引发剂和0.1-15重量份的分散剂。
实施例4
步骤S1，将400g的陶瓷粉体加入水中，高速搅拌后，加入80g的高分子有机物进行搅拌钩结包覆，高速搅拌后，加入70g分散剂，搅拌分散，再加入100g的引发剂，搅拌分散均匀后，得到具有高分子包覆的陶瓷浆料。
步骤S2，将步骤S1得到的陶瓷浆料涂覆在基膜表面。
步骤S3，经过高温烘干、紫外照射、电子束、光照等作用后，引发剂将高分子有机物与基膜交联在一起，得到涂覆隔膜。
实施例5
步骤S1，将500g的陶瓷粉体加入水中，高速搅拌后，加入100g的高分子有机物进行搅拌钩结包覆，高速搅拌后，加入120g分散剂，搅拌分散，再加入200g的引发剂，搅拌分散均匀后，得到具有高分子包覆的陶瓷浆料。
步骤S2，将步骤S1得到的陶瓷浆料涂覆在基膜表面。
步骤S3，经过高温烘干、紫外照射、电子束、光照等作用后，引发剂将高分子有机物与基膜交联在一起，得到涂覆隔膜。
实施例6
步骤S1，将600g的陶瓷粉体加入水中，高速搅拌后，加入130g的高分子有机物进行搅拌钩结包覆，高速搅拌后，加入150g分散剂，搅拌分散，再加入250g的引发剂，搅拌分散均匀后，得到具有高分子包覆的陶瓷浆料。
步骤S2，将步骤S1得到的陶瓷浆料涂覆在基膜表面。
步骤S3，经过高温烘干、紫外照射、电子束、光照等作用后，引发剂将高分子有机物与基膜交联在一起，得到涂覆隔膜。
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所述的超低含水量的涂覆隔膜。
具体的，关于超低含水量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，本发明的超低含水量的涂覆隔膜通过引入引发剂，导致基膜本身内部也发生了一定的交联，交联后的基膜本身的耐高温性能也有一定的提升；同时由于引入引发剂，导致涂覆隔膜结构一体化，降低了陶瓷涂层在电极内部的溶胀，在锂电池内部，不会因陶瓷涂层脱落而影响到锂电池的各项性能；且引入引发剂，可以省去粘结剂等助剂，使涂覆后的隔膜孔隙率更高，具有更高的保液能力，提升了锂电池的容量，降低了锂电池的内阻，还可以大幅降低涂覆隔膜的成本，同时大幅降低了涂覆隔膜的含水量。
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 (10)
1.一种超低含水量的涂覆隔膜，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、高分子有机物、引发剂、分散剂；以及
在催化作用下，所述引发剂将高分子有机物与基膜交联在一起。
2.根据权利要求1所述的超低含水量的涂覆隔膜，其特征在于，
所述引发剂的结构式为：
3.根据权利要求1所述的超低含水量的涂覆隔膜，其特征在于，
所述陶瓷粉体包括：氧化铝、氧化锆、氧化钛、勃姆石、硫酸钡、氢氧化镁、氢氧化铝、硫化钡、硫化硅中的一种或多种混合。
4.根据权利要求1所述的超低含水量的涂覆隔膜，其特征在于，
所述高分子有机物包括：羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素铵、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸脂类、丙烯腈类共聚物、聚偏氟乙烯中的一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的超低含水量的涂覆隔膜，其特征在于，
所述分散剂为：聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、聚环氧乙烷中的一种或多种混合。
6.一种超低含水量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催化作用。
7.根据权利要求6所述的超低含水量的涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，
制备陶瓷浆料的方法包括：
将陶瓷粉体加入水中，高速搅拌分散后，加入高分子有机物进行搅拌钩结包覆，高速搅拌后，加入分散剂，搅拌分散，再加入引发剂，搅拌分散均匀后，得到具有高分子包覆的陶瓷浆料。
8.根据权利要求7所述的超低含水量的涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，
对涂覆有陶瓷浆料的基膜进行催化作用的方法包括：
通过高温、紫外照射、电子束或光照作用后，引发剂将高分子有机物与基膜交联在一起。
9.一种陶瓷涂层，其特征在于，包括：
20-80重量份的陶瓷粉体、0.1-15重量份的高分子有机物、0.1-30重量份的引发剂和0.1-15重量份的分散剂。
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所述的超低含水量的涂覆隔膜。
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