CN112038547A - 一种无分散剂的陶瓷涂覆浆料及其制备方法、锂电池隔膜及锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无分散剂的陶瓷涂覆浆料及其制备方法、锂电池隔膜及锂电池，所述陶瓷涂覆浆料通过以下方法制备：步骤1，将水和陶瓷纳米颗粒均匀搅拌30‑90min，然后在500‑900RPM的条件下利用磨砂机磨砂分散10‑90min；步骤2，加入增稠剂和粘结剂搅拌30～100min制成水系陶瓷浆料；步骤3，在400‑2000RPM的条件下利用回旋撞击分散30‑90min后打出。

Description

一种无分散剂的陶瓷涂覆浆料及其制备方法、锂电池隔膜及 锂电池

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种无分散剂的陶瓷涂覆浆料、锂电池隔膜及锂电池。

背景技术

目前锂电池的陶瓷涂覆浆料在制备时，主体粉料投入后就进行砂磨分散，之后再进行粘结剂等添加剂的投入；粘结剂因本身粘度较高，投入不当容易膜化，也无法较好的分散，同时会导致粉体的再次团聚；而如果成品浆料再次进行砂磨分散，又会破坏粘结剂的分子链，造成分子链断裂而产生的粘结性失效问题，从而导致粘结力下降甚至出现锂电池隔膜掉粉的情况。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的陶瓷浆料分散性差的问题，而提供一种利用机械分散方法制备陶瓷涂覆浆料的方法。

本发明的另一方面，是提供利用所述制备方法制备得到的陶瓷浆料，该陶瓷浆料中不含分散剂，降低了添加剂对电池性能影响。

本发明的另一方面，是提供一种锂电池隔膜，该锂电池隔膜包括基膜和将所述陶瓷浆料附图在基膜上而形成的涂层。

本发明的另一方面，是提供一种基于所述锂电池隔膜的锂电池，该锂电池性能稳定。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种无分散剂的陶瓷涂覆浆料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将水和陶瓷纳米颗粒均匀搅拌30-90min，然后在500-900rpm的条件下利用磨砂机磨砂分散10-90min；

步骤2，将步骤1得到的磨砂分散后的产物取出，加入增稠剂和粘结剂搅拌30～100min制成水系陶瓷浆料；

步骤3，在400-2000rpm的条件下利用回旋撞击分散30-90min，得到陶瓷涂覆浆料。

在上述技术方案中，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯酰胺或聚丙烯酰胺中的一种或任意比例的多种。

在上述技术方案中，所述粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸或丁苯橡胶中的一种或任意比例的多种。

在上述技术方案中，所述水、陶瓷纳米颗粒、增稠剂和粘结剂的质量比为(30～66)：(33～42)：(5～15)：(2～15)。

本发明的另一方面，利用所述制备方法得到的陶瓷涂覆浆料。

在上述技术方案中，所述陶瓷涂覆浆料中陶瓷颗粒的中值粒径降小于1.5μm。

本发明的另一方面，所述陶瓷涂覆浆料在制备锂电池隔膜中的应用。

本发明的另一方面，一种锂电池隔膜，通过以下方法制备：

步骤1，通过微凹版涂覆方法将所述陶瓷涂覆浆料涂布在所述基膜一侧或两侧形成涂层；

步骤2，于40-75℃条件下干燥，干燥时间为0.1-3min，得到锂电池隔膜。

在上述技术方案中，所述涂层的厚度为1-5μm。

本发明的另一方面，还包括所述锂电池隔膜在锂电池中的应用。

在上述技术方案中，所述锂电池隔膜的透气度为140-300s/100ml，针刺强度为4.0-4.5N，拉伸强度150-162Mpa，130℃/1H收缩率为3.0-3.6％，剥离强度为110-121N。

本发明的另一方面，还包括一种锂电池，包括正极、负极、所述锂电池隔膜和电解质。

在上述技术方案中，所述正极为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或三元材料中的一种，负极为石墨、无定形碳材料、氮化物、硅基材料或锡基材料中的一种，电解质为六氟磷酸锂、六氟磷酸铯或四氟磷酸硼中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明浆料的制备过程采用一次磨砂分散和一次回旋撞击分散，先后两种分散方式，不破坏粉体颗粒形貌，不剪切不破坏粘结剂等添加剂的性能，同时对浆料进行了二次分散，大大降低了成品浆料的粒径，提高了后续涂布加工性能，提升了网纹辊使用米数的150％，改善了涂布后膜面的平整性。

2.本发明的浆料制备利用纯机械分散不使用分散剂，降低了添加剂对锂电池隔膜的性能和电池性能的影响。

附图说明

图1所示为本发明对比例2中的辊面图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中以陶瓷浆料为例但不限于陶瓷浆料，陶瓷纳米颗粒购于山东国瓷/郑州中铝，羧甲基纤维素钠购于邦维/大赛璐，聚乙烯酰胺购于克莱恩，聚丙烯酸盐购于昭和电工，聚乙烯醇购于麦克林，聚乙烯醇缩丁醛购于麦克林，丙烯酸购于瑞红，丁苯橡胶购于宁波德合，砂磨机购于派勒/琅菱，分散机购于宁德嘉拓。

以下实施例中粒径跨度采用马尔文激光粒度仪利用动态光散射方法测试。

以下实施例中将所述高分散性陶瓷涂覆浆料涂布于基膜上，涂布过程采用微凹版逆向辊涂的方式，涂层厚度为1-5μm。

实施例1(先磨砂分散，再回旋撞击分散)

一种高分散性陶瓷涂覆浆料，包括以下步骤：

步骤1，将水和陶瓷纳米颗粒均匀搅拌60min，然后在900rpm的条件下利用磨砂机磨砂分散60min；

步骤2，加入增稠剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂(聚乙烯醇)搅拌60min制成水系陶瓷浆料；

步骤3，在1500rpm的条件下利用回旋撞击分散30min后打出。

其中：陶瓷纳米颗粒33份，羧甲基纤维素钠增稠剂5份，聚乙烯醇粘结剂2份和水30份。

经检测，陶瓷纳米颗粒悬浊液砂磨后中值粒径为0.98μm，加入增稠剂粘结剂后，中值粒径为2.279μm，再次砂磨后中值粒径降为1.213μm，粒径下降

后续涂层加工过程中，涂层较为平整，涂布辊未见磨，损测试涂层的剥离强度为121N/m，证明该方法不仅维持了粘结剂结构，保持原浆料特性，保证了隔膜较高的粘结力，而且降低了浆料粒径，更有利于涂层的加工。

利用微凹版逆向辊涂方式将所述高分散性陶瓷涂覆浆料涂布在基膜上，制备锂电池隔膜，该锂电池隔膜的透气度为140s/100ml，针刺强度为4.0N，拉伸强度为162Mpa，130℃/1H收缩率为3.6％，剥离强度为121N。

实施例2(先磨砂分散，再回旋撞击分散)

一种高分散性陶瓷涂覆浆料，包括以下步骤：

步骤1，将水和陶瓷纳米颗粒均匀搅拌90min，然后在800rpm的条件下利用磨砂机磨砂分散20min；

步骤2，加入增稠剂(聚乙烯酰胺)和粘结剂(聚乙烯醇缩丁醛)搅拌60min制成水系陶瓷浆料；

步骤3，在400rpm的条件下利用回旋撞击分散90min后打出。

其中：陶瓷纳米颗粒42份，聚乙烯酰胺增稠剂10份，聚乙烯醇缩丁醛粘结剂15份和水60份。

经检测，陶瓷纳米颗粒悬浊液砂磨后中值粒径为0.98μm，加入增稠剂粘结剂后，中值粒径为2.543μm，再次砂磨后中值粒径降为1.156μm，粒径下降

后续涂层加工过程中，涂层较为平整，涂布辊未见磨，损测试涂层的剥离强度为117N/m，证明该方法不仅维持了粘结剂结构，保持原浆料特性，保证了隔膜较高的粘结力，而且降低了浆料粒径，更有利于涂层的加工。

利用微凹版逆向辊涂方式将所述高分散性陶瓷涂覆浆料涂布在基膜上，制备锂电池隔膜，该锂电池隔膜的透气度为250s/100ml，针刺强度为4.5N，拉伸强度为155Mpa，130℃/1H收缩率为3.3％，剥离强度为117N。

实施例3(先磨砂分散，再回旋撞击分散)

一种高分散性陶瓷涂覆浆料，包括以下步骤：

步骤1，将水和陶瓷纳米颗粒均匀搅拌30min，然后在500rpm的条件下利用磨砂机磨砂分散60min；

步骤2，加入增稠剂(聚丙烯酰胺)和粘结剂(丙烯酸)搅拌60min制成水系陶瓷浆料；

步骤3，在1500rpm的条件下利用回旋撞击分散90min后打出。

其中：陶瓷纳米颗粒33份，聚丙烯酰胺增稠剂15份，丙烯酸粘结剂15份和水66份。

经检测，陶瓷纳米颗粒悬浊液砂磨后中值粒径为0.98μm，加入增稠剂粘结剂后，中值粒径为2.198μm，再次砂磨后中值粒径降为1.106μm，粒径下降

后续涂层加工过程中，涂层较为平整，涂布辊未见磨，损测试涂层的剥离强度为119N/m，证明该方法不仅维持了粘结剂结构，保持原浆料特性，保证了隔膜较高的粘结力，而且降低了浆料粒径，更有利于涂层的加工。

利用微凹版逆向辊涂方式将所述高分散性陶瓷涂覆浆料涂布在基膜上，制备锂电池隔膜，该锂电池隔膜的透气度为300s/100ml，针刺强度为4.3N，拉伸强度为150Mpa，130℃/1H收缩率为3.0％，剥离强度为119N。

对比例1(先磨砂分散，再磨砂分散)

一种高分散性陶瓷涂覆浆料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将水和陶瓷纳米颗粒均匀搅拌60min，然后在900rpm的条件下利用磨砂机磨砂分散60min；

步骤2，加入增稠剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂(聚乙烯醇)搅拌60min制成水系陶瓷浆料；

步骤3，在1500rpm的条件下利用磨砂分散30min后打出。

其中：陶瓷纳米颗粒33份，羧甲基纤维素钠增稠剂5份，聚乙烯醇粘结剂2份和水30份。

经检测，陶瓷纳米颗粒悬浊液砂磨后中值粒径为0.98μm，加入增稠剂粘结剂后，中值粒径为2.279μm，再次砂磨后中值粒径降为1.192μm，粒径下降。

后续涂层加工后，涂层的剥离强度为73N/m，剥离强度下降明显。步骤3中的磨砂分散破坏了粘结剂的结构。

对比例2(不进行回旋撞击分散)

一种陶瓷涂覆浆料的制备方法，包括以下步骤，；

将水和陶瓷纳米颗粒搅拌混合60min后，利用900rpm/30min砂磨机进行砂磨分散，之后再加入增稠剂(羧甲基纤维素钠)和粘结剂(聚乙烯醇)搅拌60min制成水系陶瓷浆料。其中，陶瓷纳米颗粒33份，羧甲基纤维素钠增稠剂5份，聚乙烯醇粘结剂2份和水30份。

经检测，砂磨后未加入增稠剂粘结剂前，中值粒径为0.98μm，加入增稠剂粘结剂后，中值粒径为2.279μm，粒径增大2.3倍，长时间涂布时涂布辊辊面磨损严重，涂布膜面不平整，辊面图如图1所示。

后续涂层加工后，测试得到涂层的剥离强度为103N/m，粘结剂结构未破坏，粘结力正常，但是涂层加工过程不理想。

依照本发明内容进行工艺参数调整，均可制备本发明的陶瓷涂覆浆料和锂电池隔膜，并表现出与实施例1基本一致的性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无分散剂的陶瓷涂覆浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将水和陶瓷纳米颗粒均匀搅拌30-90min，然后在500-900rpm的条件下利用磨砂机磨砂分散10-90min；

步骤2，将步骤1得到的磨砂分散后的产物取出，加入增稠剂和粘结剂搅拌30～100min制成水系陶瓷浆料；

步骤3，在400-2000rpm的条件下利用回旋撞击分散30-90min，得到陶瓷涂覆浆料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯酰胺或聚丙烯酰胺中的一种或任意比例的多种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸或丁苯橡胶中的一种或任意比例的多种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水、陶瓷纳米颗粒、增稠剂和粘结剂的质量比为(30～66)：(33～42)：(5～15)：(2～15)。

5.利用如权利要求1-4中任一项所述制备方法得到的陶瓷涂覆浆料。

6.如权利要求5所述陶瓷涂覆浆料在制备锂电池隔膜中的应用。

7.一种锂电池隔膜，其特征在于，通过以下方法制备：

步骤1，通过微凹版涂覆方法将如权利要求5所述的陶瓷涂覆浆料涂布在所述基膜一侧或两侧形成涂层；

步骤2，于40-75℃条件下干燥，干燥时间为0.1-3min，得到锂电池隔膜。

8.如权利要求7所述的锂电池隔膜，其特征在于，所述涂层的厚度为1-5μm。

9.如权利要求7所述的锂电池隔膜在锂电池中的应用。

10.一种锂电池，其特征在于，包括正极、负极、电解质和如权利要求9所述的锂电池隔膜。

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