CN111668427A - 一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜及制备方法 - Google Patents

一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池隔膜的技术领域，特别是涉及一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜及制备方法，其耐温性和粘结性优良，可以提高电池质量；包括基膜和涂覆层，涂覆层贴附在基膜正面或者反面或者正反面，涂覆层按照重量分数包括陶瓷65‑95％、有机聚合物1‑20％、水性粘结剂2‑10％和润湿剂0.5‑5％。

Description

一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜及制备方法
技术领域
本发明涉及电池隔膜的技术领域，特别是涉及一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜及制备方法。
背景技术
隔膜是锂离子电池的重要组成部分，隔膜主要具有两个功能，第一个是电子绝缘，即保证锂离子电池正负极之间实现电子绝缘，防止短路的发生。第二个功能是导通离子，隔膜都具有多孔结构，电解液能够渗入隔膜的内部，使得离子能够穿过隔膜，实现离子导通。
在原来锂离子电池隔膜上面(包括干法湿法隔膜)以三氧化二铝和粘结剂以及去离子水混合搅拌为浆料，采用微凹版挤压涂布的方式在基材隔膜上面做一层或者两面各一层的陶瓷面，厚度为2－4um。陶瓷隔膜增加了原膜的机械强度，使得电池耐高温、防穿刺、方面表现出优异性能，同时对透气性影响很小，保证了锂离子的流动。从而提高了安全性。
现有技术中，隔膜在通过一次涂布后，最多只能满足热收缩或者粘接力一项性能，不能同时具有优良的热收缩以及粘结力，造成一定的使用局限性，并且现有技术中分次涂覆的工艺复杂，成本较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，其耐温性和粘结性优良，可以提高电池质量。
本发明的另一个目的在于提供一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜的制备方法。
本发明的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，包括基膜和涂覆层，涂覆层贴附在基膜正面或者反面或者正反面，所述涂覆层按照重量分数包括陶瓷65-95％、有机聚合物1-20％、水性粘结剂2-10％和润湿剂0.5-5％。
本发明的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，陶瓷材质为纳米氧化铝、氢氧化镁、勃姆石、二氧化硅中的一种或几种，粒径范围为0.15-5微米，有机聚合物为改性聚偏氟乙烯、改性聚丙烯腈、聚偏氟乙-六氟丙烯共聚物、改性聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，粒径范围为3-20微米，软化点40-100摄氏度。
本发明的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，陶瓷材质粒径范围为0.4-1.2微米，陶瓷颗粒添加量为80-90％；
有机聚合物粒径范围4-10微米，有机聚合物添加量为1-10％，有机聚合物软化点为50-80摄氏度，水性粘结剂添加量为4-8％，润湿剂添加量为1-3％。
本发明的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，所述基膜材质为聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯、中的一种或几种聚烯烃微孔膜。
本发明的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，所述水性粘结剂为Tg>150摄氏度的耐高温粘结剂，包含改性丙烯酸、改性丙烯腈、聚酰亚胺类、聚芳香族改性聚合物、交联树脂中的一种或几种。
本发明的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，所述润湿剂为氟代烷基甲氧基醚醇、聚丙烯酸钠、炔二醇乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚丙烯酸铵中的一种或几种。
本发明的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，所述涂覆层通过微凹版涂覆、线棒式涂覆和窄缝式涂覆中的一种或几种涂覆在基膜上。
本发明的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30分钟，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-50分钟，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散20-40分钟，得到分散液III；
D、向分散液III中加入有机聚合物，进行二次分散20-50分钟，得到分散液IV；
E、向分散液IV中加入水性粘合剂，搅拌30-60分钟，得到混合液V；
F、将混合液V通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20分钟后用250目滤网过滤，得到最终浆料；
G、将所得浆料涂布于聚烯烃微孔膜的单面或双面，干燥后得到兼具耐温性与粘接性的复合电池隔膜。
发明的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜的制备方法，所述步骤G中涂布烘箱为三个，三个烘箱温度分别为55℃、70℃、60℃。
与现有技术相比本发明的有益效果为：第一、通过一次涂覆的方式将涂覆层均匀地涂覆在基膜表面，同时有机聚合物由于粒径较大，添加量小，软化点低，可以在保持隔膜有较高耐温性的前提下具备一定的粘接力，提高安全性，降低成本，同时又不影响电芯循环性能；第二、陶瓷层具有优异的耐高温性能，虽然有低熔点的大颗粒有机聚合物粘接材料散布在陶瓷层内，也能保证良好的热收缩性能，粘接性大颗粒有机聚合物均匀分散在陶瓷层内，由于粒径＞陶瓷层厚度，呈现出凸起结构，热压时有良好的粘接作用。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
以下测试参照GB/T 36363-2018进行测试；
粘结力测试方法为：将隔膜分别与正极片、负极片各叠5层，放置在75℃烘箱内1min，之后在压力为1.5Mpa下热压30s，将粘附在一起的正极片与隔膜裁成100mm(TD)*15mm(MD)，并用双面胶带(3M)附着到钢板上，按照国标(GB/T 36363-2018)进行粘接力测试，同一隔膜测试3次。
实施例1：
如表1所示：
Figure BDA0002561269270000041
表1
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30分钟，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-50分钟，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散20-40分钟，得到分散液III；
D、向分散液III中加入有机聚合物，进行二次分散20-50分钟，得到分散液IV；
E、向分散液IV中加入水性粘合剂，搅拌30-60分钟，得到混合液V；
F、将混合液V通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20分钟后用250目滤网过滤，得到最终浆料；
G、将所得浆料涂布于聚烯烃微孔膜的单面或双面，三个烘箱温度分别为55-70-60摄氏度，干燥后得到兼具耐温性与粘接性的复合电池隔膜。
实施例2：
如表2所示：
Figure BDA0002561269270000051
表2
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30分钟，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-50分钟，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散20-40分钟，得到分散液III；
D、向分散液III中加入有机聚合物，进行二次分散20-50分钟，得到分散液IV；
E、向分散液IV中加入水性粘合剂，搅拌30-60分钟，得到混合液V；
F、将混合液V通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20分钟后用250目滤网过滤，得到最终浆料；
G、将所得浆料涂布于聚烯烃微孔膜的单面或双面，三个烘箱温度分别为55-70-60摄氏度，干燥后得到兼具耐温性与粘接性的复合电池隔膜。
实施例3：
如表3所示：
Figure BDA0002561269270000061
表3
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30分钟，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-50分钟，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散20-40分钟，得到分散液III；
D、向分散液III中加入有机聚合物，进行二次分散20-50分钟，得到分散液IV；
E、向分散液IV中加入水性粘合剂，搅拌30-60分钟，得到混合液V；
F、将混合液V通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20分钟后用250目滤网过滤，得到最终浆料；
G、将所得浆料涂布于聚烯烃微孔膜的单面或双面，三个烘箱温度分别为55-70-60摄氏度，干燥后得到兼具耐温性与粘接性的复合电池隔膜。
实施例4：
如表4所示：
Figure BDA0002561269270000071
表4
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30分钟，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-50分钟，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散20-40分钟，得到分散液III；
D、向分散液III中加入有机聚合物，进行二次分散20-50分钟，得到分散液IV；
E、向分散液IV中加入水性粘合剂，搅拌30-60分钟，得到混合液V；
F、将混合液V通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20分钟后用250目滤网过滤，得到最终浆料；
G、将所得浆料涂布于聚烯烃微孔膜的单面或双面，三个烘箱温度分别为55-70-60摄氏度，干燥后得到兼具耐温性与粘接性的复合电池隔膜。
实施例5：
如表5所示：
Figure BDA0002561269270000081
表5
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30分钟，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-50分钟，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散20-40分钟，得到分散液III；
D、向分散液III中加入有机聚合物，进行二次分散20-50分钟，得到分散液IV；
E、向分散液IV中加入水性粘合剂，搅拌30-60分钟，得到混合液V；
F、将混合液V通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20分钟后用250目滤网过滤，得到最终浆料；
G、将所得浆料涂布于聚烯烃微孔膜的单面或双面，三个烘箱温度分别为55-70-60摄氏度，干燥后得到兼具耐温性与粘接性的复合电池隔膜。
对比例1：
如表6所示：
Figure BDA0002561269270000091
表6
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30分钟，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-50分钟，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散20-40分钟，得到分散液III；
D、向分散液III中加入有机聚合物，进行二次分散20-50分钟，得到分散液IV；
E、向分散液IV中加入水性粘合剂，搅拌30-60分钟，得到混合液V；
F、将混合液V通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20分钟后用250目滤网过滤，得到最终浆料；
G、将所得浆料涂布于聚烯烃微孔膜的单面或双面，三个烘箱温度分别为55-70-60摄氏度，干燥后得到兼具耐温性与粘接性的复合电池隔膜。
对比例2：
如表7所示：
Figure BDA0002561269270000101
表7
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30分钟，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-50分钟，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散20-40分钟，得到分散液III；
D、向分散液III中加入有机聚合物，进行二次分散20-50分钟，得到分散液IV；
E、向分散液IV中加入水性粘合剂，搅拌30-60分钟，得到混合液V；
F、将混合液V通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20分钟后用250目滤网过滤，得到最终浆料；
G、将所得浆料涂布于聚烯烃微孔膜的单面或双面，三个烘箱温度分别为55-70-60摄氏度，干燥后得到兼具耐温性与粘接性的复合电池隔膜。
对比例3：
如表8所示：
Figure BDA0002561269270000111
表8
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30分钟，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-50分钟，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散20-40分钟，得到分散液III；
D、向分散液III中加入有机聚合物，进行二次分散20-50分钟，得到分散液IV；
E、向分散液IV中加入水性粘合剂，搅拌30-60分钟，得到混合液V；
F、将混合液V通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20分钟后用250目滤网过滤，得到最终浆料；
G、将所得浆料涂布于聚烯烃微孔膜的单面或双面，三个烘箱温度分别为55-70-60摄氏度，干燥后得到兼具耐温性与粘接性的复合电池隔膜。
上述实施例1-5以及对比例1-3均参照GB/T 36363-2018进行测试，得出如下数据，如表9：
Figure BDA0002561269270000121
表9
由实施例2与对比例1可知，实施例2将部分对比例1中的二氧化硅替换为聚偏氟乙—六氟丙烯共聚物，横向纵向热收缩无较大波动，符合设计要求，粘结力性能大幅度上升；
由实施例4和对比例2可知，实施例4将对比例2中部分聚偏氟乙—六氟丙烯共聚物替换为氧化镁，粘结力虽有小幅下降，但是横向纵向热收缩改善明显，指标符合设计要求；
由实施例2与对比例3可知，对比例3中有机聚合物粒径超下限的情况下，对比例3产品膜横向纵向热收缩以及粘结力性能均较差；
综上所述，在添加适量有机聚合物的情况下，纵向以及横向热收缩无较大波动，符合设计要求，粘结力性能较好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，其特征在于，包括基膜和涂覆层，涂覆层贴附在基膜正面或者反面或者正反面，所述涂覆层按照重量分数包括陶瓷65-95％、有机聚合物1-20％、水性粘结剂2-10％和润湿剂0.5-5％。
2.如权利要求1所述的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，其特征在于，陶瓷材质为纳米氧化铝、氢氧化镁、勃姆石、二氧化硅中的一种或几种，粒径范围为0.15-5微米，有机聚合物为改性聚偏氟乙烯、改性聚丙烯腈、聚偏氟乙-六氟丙烯共聚物、改性聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种，粒径范围为3-20微米，软化点40-100摄氏度。
3.如权利要求1所述的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，其特征在于，陶瓷材质粒径范围为0.4-1.2微米，陶瓷颗粒添加量为80-90％；
有机聚合物粒径范围4-10微米，有机聚合物添加量为1-10％，有机聚合物软化点为50-80摄氏度，水性粘结剂添加量为4-8％，润湿剂添加量为1-3％。
4.如权利要求1所述的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，其特征在于，所述基膜材质为聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯、中的一种或几种聚烯烃微孔膜。
5.如权利要求3所述的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，其特征在于，所述水性粘结剂为Tg>150摄氏度的耐高温粘结剂，包含改性丙烯酸、改性丙烯腈、聚酰亚胺类、聚芳香族改性聚合物、交联树脂中的一种或几种。
6.如权利要求3所述的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，其特征在于，所述润湿剂为氟代烷基甲氧基醚醇、聚丙烯酸钠、炔二醇乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚丙烯酸铵中的一种或几种。
7.如权利要求3所述的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜，其特征在于，所述涂覆层通过微凹版涂覆、线棒式涂覆和窄缝式涂覆中的一种或几种涂覆在基膜上。
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将配方量的润湿剂和去离子水混合、搅拌10-30分钟，得到混合物Ⅰ；
B、向混合物Ⅰ中加入配比量的陶瓷颗粒，搅拌20-50分钟，得到混合物Ⅱ；
C、将混合物Ⅱ进行研磨分散20-40分钟，得到分散液III；
D、向分散液III中加入有机聚合物，进行二次分散20-50分钟，得到分散液IV；
E、向分散液IV中加入水性粘合剂，搅拌30-60分钟，得到混合液V；
F、将混合液V通过磁过滤装置，然后缓慢搅拌5-20分钟后用250目滤网过滤，得到最终浆料；
G、将所得浆料涂布于聚烯烃微孔膜的单面或双面，干燥后得到兼具耐温性与粘接性的复合电池隔膜。
9.如权利要求8所述的一种耐温性和粘接性优良的复合电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤G中涂布烘箱为三个，三个烘箱温度分别为55℃、70℃、60℃。
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