CN111883725A - 一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜及其制备方法 Download PDF

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康书文
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Abstract

本发明公开了一种锂电池补锂陶瓷隔膜及其制备方法，用于锂离子电池制造。补锂陶瓷隔膜是将混合好的锂粉陶瓷胶液在惰性气体环境下涂布于基膜的一侧表面，在40~90℃的烘箱内烘干后即得到补锂陶瓷隔膜。该补锂方法操作简单，安全高效，避免了金属锂被氧化的风险。组装成锂离子电池时，本发明补锂陶瓷隔膜中的涂层面面向锂离子电池负极极片的一侧，首次充电时，隔膜上的补锂陶瓷涂层中的锂粉能够脱嵌出锂离子，补充负极形成SEI膜损失的Li+，提高锂电池的首次充放电效率以及电芯循环性能；陶瓷颗粒能够增强锂电池隔膜的耐热性，降低隔膜的热收缩性，从而更有效地减少因电池内部短路而引起的电池热失控。

Description

一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜及其制备方法
技术领域
本发明锂离子电池技术领域，具体为一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜及其制备方法。
背景技术
电化学能源是目前缓解能源短缺和环境污染压力等问题的解决方案一，在众多化学电源中，锂离子电池因其具有高工作电压、高能量密度、长循环寿命、低自放电率、无污染等优势，受到人们越来越多的关注。隔膜作为锂离子电池的构成之一，是阻断正负极直接接触的隔离膜，也是锂离子迁移的通道，电池的性能与隔膜的设计有很大的相关性。
碳材料是目前已经完全商业化的锂离子电池负极材料，经过多年的发展，其克容量发挥已经被开发至接近理论值水平，无法进一步满足高能量密度电池的要求。因此，大量的新型负极材料，如纳米硅、碳复合负极、氧化亚硅和碳复合负极等受到广泛关注与应用。但锂离子电池负极材料在首次充电过程中会消耗部分由正极材料迁移到负极的锂离子，生成SEI(固态电解质)膜，这种不可逆反应导致电池首次充放电效率(首效)偏低。而且，在循环充放电过程中，锂离子不断消耗，用来补充SEI膜，造成锂离子电池可逆容量下降，循环性能衰减快。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，我们提出一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜及其制备方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜及其制备方法，解决了背景技术中提到的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜，包括基膜、补锂陶瓷涂层，其特征在于：所述基膜的一侧表面涂布有在惰性气体环境下混合好的锂粉陶瓷胶液，在40～90℃的烘箱内烘干后即形成锂离子电池的补锂陶瓷隔膜。
优选的，所述的补锂陶瓷隔膜用于锂离子电池制备时，补锂陶瓷涂层置于面向锂离子电池负极极片的一侧；所述补锂陶瓷涂层的厚度为2～20μm。
优选的，所述基膜为聚乙烯基膜、聚乙烯无纺布基膜、聚丙烯基膜、聚丙烯无纺布基膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)复合基膜、聚酰亚胺基膜、聚酰亚胺无纺布基膜中的一种；所述基膜厚度为6～30μm。
本发明一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜的制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备补锂陶瓷涂层胶液：在惰性气体环境下，将粘结剂加入溶剂中，搅拌0.5～2h混合均匀后，加入陶瓷粉体和金属锂粉，继续搅拌0.5～3h混合均匀，得到补锂陶瓷涂层胶液，补锂陶瓷涂层胶液固含量为10％～80％，三种粉体材料的质量比为：陶瓷粉：金属锂粉：粘结剂＝8～20:72～90：2～8；
第二步，涂布：将第一步制得的补锂陶瓷涂层胶液在惰性气体环境下，涂布于基膜的一侧表面，在40～90℃的烘箱内烘干后即得到补锂陶瓷隔膜。
优选的，所述陶瓷粉体为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氧化锌和氧化钡的一种或几种。
优选的，所述金属锂粉粒径≤100μm。
优选的，所述惰性气体为氮气、氩气中的一种。
优选的，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯 (PTFE)、聚丙烯晴(PAN)、聚乙烯醇(PVA)中的一种。
优选的，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，其纯度要求达到 99.999％以上。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜及其制备方法，具备以下有益效果：
本发明目的在于提供一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜及其制备方法，用于锂离子电池中，可提高锂离子电池的充放电性能及首次充放电效率，实现电芯倍率性能和循环性能的提升。
附图说明
图1是发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明提供一种技术方案：一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜，包括基膜、补锂陶瓷涂层，其特征在于：所述基膜的一侧表面涂布有在惰性气体环境下混合好的锂粉陶瓷胶液，在40～90℃的烘箱内烘干后即形成锂离子电池的补锂陶瓷隔膜。
优选的，所述的补锂陶瓷隔膜用于锂离子电池制备时，补锂陶瓷涂层置于面向锂离子电池负极极片的一侧；所述补锂陶瓷涂层的厚度为2～20μm。
优选的，所述基膜为聚乙烯基膜、聚乙烯无纺布基膜、聚丙烯基膜、聚丙烯无纺布基膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)复合基膜、聚酰亚胺基膜、聚酰亚胺无纺布基膜中的一种；所述基膜厚度为6～30μm。
优选的，所述陶瓷粉体为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氧化锌和氧化钡的一种或几种。
优选的，所述金属锂粉粒径≤100μm。
优选的，所述惰性气体为氮气、氩气中的一种。
优选的，所述粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯晴(PAN)、聚乙烯醇(PVA)中的一种。
优选的，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，其纯度要求达到 99.999％以上。
实施例一，第一步，制备补锂陶瓷涂层胶液：在惰性气体环境下，将50g聚偏氟乙烯(PVDF)粉体加入1000gN-甲基吡咯烷酮(NMP) 溶剂中，搅拌1.0h混合搅拌均匀后，加入80g氧化铝和870g金属锂粉，继续搅拌2.5h混合均匀，得到补锂陶瓷涂层胶液；第二步，涂布：在惰性气体环境下，将第一步制得的补锂陶瓷涂层胶液涂布在厚度为12μm的聚乙烯基膜的一侧，涂布厚度为5μm，经过温度设定为80℃的烘箱烘干，得到一种补锂陶瓷隔膜。
实施例二，第一步，制备补锂陶瓷涂层胶液：在惰性气体环境下，将50g聚四氟乙烯(PTFE)粉体加入850gN-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，搅拌1.5h混合搅拌均匀后，加入100g二氧化硅和850g金属锂粉，继续搅拌2.5h混合均匀，得到补锂陶瓷涂层胶液；第二步，涂布：在惰性气体环境下，将第一步制得的补锂陶瓷涂层胶液涂布在厚度为12μm的聚丙烯基膜的一侧，涂布厚度为10μm，经过温度设定为80℃的烘箱烘干，得到一种补锂涂层隔膜。
实施例三：第一步，制备补锂陶瓷涂层胶液：在惰性气体环境下，将60g聚丙烯晴(PAN)粉体加入800gN-甲基吡咯烷酮(NMP) 溶剂中，搅拌1.8h混合搅拌均匀后，加入100g二氧化钛和840g金属锂粉，继续搅拌2.5h混合均匀，得到补锂陶瓷涂层胶液；第二步，涂布：在惰性气体环境下，将第一步制得的补锂陶瓷涂层胶液涂布在厚度为12μm的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)复合基膜的一侧，涂布厚度为7μm，经过温度设定为80℃的烘箱烘干，得到一种补锂陶瓷隔膜。
实施实一、实施例二、实施例三与不涂覆补锂陶瓷涂层所制备的隔膜相比，根据本本发明提供的锂离子电池制备方法制备电池，性能比较如下表：
Figure BDA0002584419230000061
比较上表电池测试数据，采用本本发明的补锂陶瓷隔膜制备的锂离子电池，在首次充放电效率、1000次循环容量保持率性能等方面，均优于用不涂覆补锂陶瓷涂层的隔膜制备的锂离子电池。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜，包括基膜、补锂陶瓷涂层，其特征在于：所述基膜的一侧表面涂布有在惰性气体环境下混合好的锂粉陶瓷胶液，在40 ~ 90℃的烘箱内烘干后即形成锂离子电池的补锂陶瓷隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜，其特征在于：所述的补锂陶瓷隔膜用于锂离子电池制备时，补锂陶瓷涂层置于面向锂离子电池负极极片的一侧；所述补锂陶瓷涂层的厚度为2 ~ 20μm。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜，其特征在于：所述基膜为聚乙烯基膜、聚乙烯无纺布基膜、聚丙烯基膜、聚丙烯无纺布基膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯 （PP/PE/PP）复合基膜、聚酰亚胺基膜、聚酰亚胺无纺布基膜中的一种；所述基膜厚度为6 ~ 30μm，。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，制备补锂陶瓷涂层胶液：在惰性气体环境下，将粘结剂加入溶剂中，搅拌0 .5~ 2h混合均匀后，加入陶瓷粉体和金属锂粉，继续搅拌0 .5 ~ 3h混合均匀，得到补锂陶瓷涂层胶液，补锂陶瓷涂层胶液固含量为10% ~ 80%，三种粉体材料的质量比为：陶瓷粉：金属锂粉：粘结剂=8~20:72~90：2~8；
第二步，涂布：将第一步制得的补锂陶瓷涂层胶液在惰性气体环境下，涂布于基膜的一侧表面，在40 ~ 90℃ 的烘箱内烘干后即得到补锂陶瓷隔膜。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜的制备方法，其特征在于：所述陶瓷粉体为氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、氧化锌和氧化钡的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜的制备方法，其特征在于：所述金属锂粉粒径≤100μm。
7.根据权利要求4所述的一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气、氩气中的一种。
8.根据权利要求4所述的一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为聚偏氟乙烯 （PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯晴（PAN）、聚乙烯醇（PVA）中的一种。
9.根据权利要求4所述的一种锂离子电池补锂陶瓷隔膜的制备方法，其特征在于：所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP），其纯度要求达到99.999%以上。
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