CN111628131B - 具备低温关断性能的涂覆隔膜及制备方法、锂电池、汽车 - Google Patents

Abstract

本发明属于锂电池隔膜技术领域，具体涉及一种具备低温关断性能的涂覆隔膜及制备方法、锂电池、汽车。具备低温关断性能的涂覆隔膜的制备方法包括：选取高分子多孔隔膜作为基膜；在基膜表面涂覆PEO浆料，形成PEO涂层；在PEO涂层表面涂覆氧化铝浆料，形成陶瓷涂层；烘干；以及收卷，得到陶瓷涂覆隔膜。可以利用PEO的低熔点性能，当PEO在65℃时开始熔化时会在基膜的表面形成熔化膜，堵住基膜表面的孔，形成闭孔效应，进而可以降低隔膜的闭孔温度至65℃左右，极大的提升了锂电池的安全性能。

Description

具备低温关断性能的涂覆隔膜及制备方法、锂电池、汽车

技术领域

本发明属于锂电池隔膜技术领域，具体涉及一种具备低温关断性能的涂覆隔膜及制备方法、锂电池、汽车。

背景技术

在锂电池的使用过程中，电池的安全问题越来越重要，随着锂电池在汽车领域的应用，安全问题更是排在各项性能指标的首位，而锂电池的隔膜性能对锂电池的安全性能有至关重要的影响。常规陶瓷隔膜大都采用PE/PP基膜直接涂覆陶瓷层，在面临电池的高温环境下，隔膜的关断温度则取决于PP/PE的熔点，导致常规PE陶瓷膜的关断温度大约在130℃左右，而电池在130℃的时候，内部反应已经非常剧烈，已经难以有效遏制锂电池内部继续进行的副反应，电池的失控风险非常大，安全隐患比较严重。

发明内容

本发明提供了一种具备低温关断性能的涂覆隔膜及其制备方法、锂电池、汽车。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种陶瓷涂覆隔膜的制备方法，包括：选取高分子多孔隔膜作为基膜；在基膜表面涂覆PEO浆料，形成PEO涂层；在PEO涂层表面涂覆氧化铝浆料，形成陶瓷涂层；烘干；以及收卷，得到陶瓷涂覆隔膜。

第二方面，本发明还提供了一种陶瓷涂覆隔膜，包括：基膜、位于基膜表面的PEO涂层、位于PEO涂层表面的陶瓷涂层。

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陶瓷涂覆隔膜。

第四方面，本发明还提供了一种汽车，包括：动力电池；所述动力电池适于采用如前所述的锂电池。

本发明的有益效果是，本发明的具备低温关断性能的涂覆隔膜及制备方法、锂电池、汽车，先在基膜的表面涂覆低熔点的PEO涂层，然后在PEO涂层表面再涂覆陶瓷涂层，可以利用PEO的低熔点性能，即PEO在65℃时开始熔化，会在基膜的表面形成熔化膜，堵住基膜表面的孔，形成闭孔效应，进而可以降低隔膜的闭孔温度至65℃左右，极大的提升了锂电池的安全性能。

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是本发明的陶瓷涂覆隔膜的制备工艺流程图；

图2是本发明的陶瓷涂覆隔膜的结构示意图；

图2中：基膜1，陶瓷涂层2，PEO涂层3。

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：阐述具体技术方案

为了降低陶瓷隔膜的关断温度，使电池在发生剧烈反应之前隔膜就进行闭孔，及时阻止电池的进一步失控。见图1，本发明提供了一种陶瓷涂覆隔膜的制备方法，包括：选取高分子多孔隔膜作为基膜；在基膜表面涂覆PEO浆料，形成PEO涂层；在PEO涂层表面涂覆氧化铝浆料，形成陶瓷涂层；烘干；以及收卷，得到陶瓷涂覆隔膜。

可选的，所述高分子多孔隔膜例如但不限于PP、PE、PET、PI、无纺布，以及其中几种复合的多孔隔膜；由于隔膜位于电池内部，隔膜的厚度过高，则会导致电池的内阻增大，电池的能量密度降低；隔膜的厚度过小，则电池的自放电会增大、机械性能降低，短路率升高，进而影响电池的安全性能，所以控制高分子多孔隔膜的厚度范围1-100μm ，可选为30μm、50μm、80μm。孔径过大同样电池的自放电会增大、短路率升高，进而影响电池的安全性能，孔径过小，导致电池的内阻增大，倍率性能降低，因此其孔径分布控制为10-500nm，可选为50nm、100nm、250nm、400nm。

可选的，PEO浆料的涂覆方式可以采用旋转喷涂的模式涂覆在基膜的单面或者双面。在喷涂后， PEO涂层的覆盖面积过大则会造成堵孔，过小则起不到降低闭孔温度的作用；胶点的粒径过大同样会造成堵孔，过小则起不到降低闭孔温度的作用；胶点的厚度过厚则影响氧化铝涂层的涂覆，如果厚度过低，起不到降低闭孔温度的作用；因此，本案中结合实际生产经验，控制PEO涂层的覆盖面积为20%-50%，可选为30%、40%；喷涂后，PEO涂层中PEO胶点的粒径为0.1-5.0μm，可选为0.5μm、1μm、3μm，PEO胶点的厚度为0.1-6.0μm，可选为0.5μm、2μm、4μm。

可选的，氧化铝浆料的涂覆方式可以为凹版涂覆、线棒涂覆等涂覆方式，进行单面涂覆或双面涂覆。陶瓷涂层的厚度增加，会提高电池内阻和降低电池的能量密度；陶瓷涂层的厚度越薄，则导致隔膜的热收缩变大，电池的安全性降低。因此，在本案中控制陶瓷涂层的厚度为0.2-20μm，可选为1μm、5μm、10μm、15μm。

作为制备PEO浆料的一种可选的实施方式。

制备PEO浆料的方法包括：选取高纯度的PEO（聚氧化乙烯）粉末，加入适量的水中进行搅拌，直至完全溶解；完全溶解后加入润湿剂，搅拌时间为1-24h。其中PEO、水、润湿剂的质量比为1：（8-10）：（0.01-0.02），可选为1：9：0.02。

作为制氧化铝浆料的一种可选的实施方式。

制备氧化铝浆料的方法包括：将分散剂添加到水中，机械搅拌＞10min，分散均匀；加入活性氧化铝，机械搅拌＞20min，分散均匀；添加增稠剂，通过双行星搅拌和砂磨机分散，分散时间＞30min，分散均匀；添加粘结剂，搅拌时间＞30min，分散均匀；以及添加润湿剂，分散均匀，得到氧化铝浆料。各物质需要按顺序进行添加，以使浆料分散的更加均匀，避免出现颗粒团聚现象。

其中活性氧化铝、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、水的质量比为1：（0.0035-0.008）：（0.032-0.09）：（0.031-0.1）：（0.0043-0.012）：（1.2-8.0）。可选的，活性氧化铝、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、水的质量比为1：0.005：0.06：0.07：0.008：5。可选的，活性氧化铝、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、水的质量比为1：0.0065：0.08：0.05：0.01：3。控制各个组分主要是避免单个或多个材料过量引起浆料内部的副反应，引起浆料粒径、粘度、固含量的变化，进而影响隔膜涂布。

可选的，活性氧化铝为颗粒状，其杂质含量＜0.1%，粒径分布D50=0.1-5.0μm，优选D50=0.3-2.0μm。氧化铝的粒径过大，导致陶瓷面不均匀，进而影响电池界面的不均匀，从而影响电池的一致性。粒径过小，则导致隔膜的内阻增大，影响电池的倍率性能。

可选的，所述分散剂主要是阴离子分散剂。

可选的，所述增稠剂的主要成分为羧甲基纤维素钠。

可选的，所述粘结剂主要是丙烯酸类及其相关改性粘结剂。

可选的，本案中的润湿剂均包括硅醚类表面活性剂。

进一步，见图2，本发明提供了一种陶瓷涂覆隔膜，包括：基膜、位于基膜表面的PEO涂层、位于PEO涂层表面的陶瓷涂层。

进一步，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陶瓷涂覆隔膜。

进一步，本发明提供了一种汽车，包括：动力电池；所述动力电池适于采用如前所述的锂电池。

第二部分：列举部分实施例

实施例1

（1）制备氧化铝浆料

将分散剂3.5g添加到水1200g中，机械搅拌10min，分散均匀；加入D50=0.1μm的活性氧化铝1000g，机械搅拌20min，分散均匀；添加增稠剂32g，通过双行星搅拌和砂磨机分散，分散时间30min，分散均匀；添加粘结剂31g，搅拌时间30min，分散均匀；以及添加润湿剂4.3g，分散均匀，得到氧化铝浆料。

（2）制备PEO浆料

选取PEO粉末100g，加入800g水中进行搅拌，直至完全溶解；加入润湿剂1g。

（3）涂覆

在基膜表面涂覆PEO浆料，形成PEO涂层，控制PEO涂层的覆盖面积为20%， PEO胶点的粒径为0.1μm，PEO胶点的厚度为0.1μm；在PEO涂层表面涂覆氧化铝浆料，形成陶瓷涂层，控制陶瓷涂层的厚度为0.2μm；烘干；以及收卷，得到陶瓷涂覆隔膜。

实施例2

（1）制备氧化铝浆料

将分散剂8g添加到水8000g中，机械搅拌15min，分散均匀；加入D50=5μm的活性氧化铝1000g，机械搅拌25min，分散均匀；添加增稠剂90g，通过双行星搅拌和砂磨机分散，分散时间40min，分散均匀；添加粘结剂100g，搅拌时间35min，分散均匀；以及添加润湿剂12g，分散均匀，得到氧化铝浆料。

（2）制备PEO浆料

选取PEO粉末100g，加入1000g水中进行搅拌，直至完全溶解；加入润湿剂2g。

（3）涂覆

在基膜表面涂覆PEO浆料，形成PEO涂层，控制PEO涂层的覆盖面积为50%， PEO胶点的粒径为5.0μm，PEO胶点的厚度为6.0μm；在PEO涂层表面涂覆氧化铝浆料，形成陶瓷涂层，控制陶瓷涂层的厚度为20μm；烘干；以及收卷，得到陶瓷涂覆隔膜。

实施例3

（1）制备氧化铝浆料

将分散剂5g添加到水3000g中，机械搅拌20min，分散均匀；加入D50=0.5μm的活性氧化铝1000g，机械搅拌30min，分散均匀；添加增稠剂60g，通过双行星搅拌和砂磨机分散，分散时间45min，分散均匀；添加粘结剂50g，搅拌时间50min，分散均匀；以及添加润湿剂8g，分散均匀，得到氧化铝浆料。

（2）制备PEO浆料

选取PEO粉末100g，加入900g水中进行搅拌，直至完全溶解；加入润湿剂1.5g。

（3）涂覆

在基膜表面涂覆PEO浆料，形成PEO涂层，控制PEO涂层的覆盖面积为40%， PEO胶点的粒径为2.0μm，PEO胶点的厚度为3.0μm；在PEO涂层表面涂覆氧化铝浆料，形成陶瓷涂层，控制陶瓷涂层的厚度为5μm；烘干；以及收卷，得到陶瓷涂覆隔膜。

实施例4

（1）制备氧化铝浆料

将分散剂6g添加到水5000g中，机械搅拌20min，分散均匀；加入D50=2μm的活性氧化铝1000g，机械搅拌30min，分散均匀；添加增稠剂45g，通过双行星搅拌和砂磨机分散，分散时间45min，分散均匀；添加粘结剂80g，搅拌时间50min，分散均匀；以及添加润湿剂10g，分散均匀，得到氧化铝浆料。

（2）制备PEO浆料

选取PEO粉末100g，加入850g水中进行搅拌，直至完全溶解；加入润湿剂1.2g。

（3）涂覆

在基膜表面涂覆PEO浆料，形成PEO涂层，控制PEO涂层的覆盖面积为30%， PEO胶点的粒径为3.0μm，PEO胶点的厚度为4.0μm；在PEO涂层表面涂覆氧化铝浆料，形成陶瓷涂层，控制陶瓷涂层的厚度为10μm；烘干；以及收卷，得到陶瓷涂覆隔膜。

实施例5

（1）制备氧化铝浆料

将分散剂4g添加到水6000g中，机械搅拌25min，分散均匀；加入D50=1μm的活性氧化铝1000g，机械搅拌35min，分散均匀；添加增稠剂80g，通过双行星搅拌和砂磨机分散，分散时间40min，分散均匀；添加粘结剂90g，搅拌时间35min，分散均匀；以及添加润湿剂6g，分散均匀，得到氧化铝浆料。

（2）制备PEO浆料

选取PEO粉末100g，加入830g水中进行搅拌，直至完全溶解；加入润湿剂1.8g。

（3）涂覆

在基膜表面涂覆PEO浆料，形成PEO涂层，控制PEO涂层的覆盖面积为45%， PEO胶点的粒径为4.0μm，PEO胶点的厚度为5.0μm；在PEO涂层表面涂覆氧化铝浆料，形成陶瓷涂层，控制陶瓷涂层的厚度为1μm；烘干；以及收卷，得到陶瓷涂覆隔膜。

综上所述，本发明的具备低温关断性能的涂覆隔膜及制备方法、锂电池、汽车，先在基膜的表面涂覆低熔点的PEO涂层，然后在PEO涂层表面再涂覆陶瓷涂层，通过控制PEO浆料和氧化铝浆料的组分含量，既可以增强PEO涂层与氧化铝涂层的结合力，又可以利用PEO的低熔点性能，当PEO在65℃时开始熔化时会在基膜的表面形成熔化膜，堵住基膜表面的孔，形成闭孔效应，进而可以降低隔膜的闭孔温度至65℃左右，极大的提升了锂电池的安全性能。

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 (9)

1.一种陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，包括：

选取高分子多孔隔膜作为基膜；

在基膜表面涂覆PEO浆料，形成PEO涂层；

在PEO涂层表面涂覆氧化铝浆料，形成陶瓷涂层；

烘干；以及

收卷，得到陶瓷涂覆隔膜；其中

所述PEO涂层的覆盖面积为基膜面积的40%-50%；

在PEO涂层中，PEO胶点的粒径为2.0-5.0μm，PEO胶点的厚度为0.1-6.0μm；

所述高分子多孔隔膜的孔径为10-500nm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

制备PEO浆料的方法包括：

选取PEO粉末，加入适量的水中进行搅拌，直至完全溶解；

加入润湿剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

PEO、水、润湿剂的质量比为1：（8-10）：（0.01-0.03）。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

制备氧化铝浆料的方法包括：

将分散剂添加到水中，分散均匀；

加入活性氧化铝，分散均匀；

添加增稠剂，分散均匀；

添加粘结剂，分散均匀；以及

添加润湿剂，分散均匀，得到氧化铝浆料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，

活性氧化铝、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂、水的质量比为

1：（0.0035-0.008）：（0.032-0.09）：（0.031-0.1）：（0.0043-0.012）：（1.2-8.0）。

6.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于，

所述润湿剂包括硅醚类表面活性剂。

7.一种采用如权利要求1中所述制备方法制得的陶瓷涂覆隔膜。

8.一种锂电池，其特征在于，包括：

隔膜；

所述隔膜采用如权利要求7所述的陶瓷涂覆隔膜。

9.一种汽车，其特征在于，包括：

动力电池；

所述动力电池适于采用如权利要求8所述的锂电池。

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