CN112332027A - 一种锂电池隔膜浆料、隔膜和锂电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池隔膜浆料，按照质量份数包括：35‑40份粉料、2‑5份粘结剂、0.05‑0.1份润湿剂、0.5‑1份分散剂、35‑40份增稠剂、0.5‑1.0份聚乙烯蜡和50‑80份去离子水。在浆料中加入适量聚乙烯蜡，可降低锂电池隔膜的摩擦系数，使其在在锂电池卷绕的过程中卷芯顺利从卷针上拔下，而又不会造成卷芯内部层与层之间发生错位。
Description
技术领域
本发明涉及电池隔膜技术领域，特别是涉及一种锂电池隔膜浆料、隔膜和锂电池。
背景技术
锂离子电池广泛应用于电子通讯、储能及动力电源等领域，主要由正极、负极、电解质和电池隔膜构成，目前在提高锂电池隔膜性能方面的发展研究以改善隔膜表面性质和调整隔膜基体材料为主。在改善隔膜表面性质方面主要的研究方向是隔膜涂布处理，就是在隔膜表面涂覆一层涂覆材料，就目前情况来看涂覆隔膜是提高锂电池安全性的最有效方式，隔膜涂覆后可有效地提高隔膜的耐热收缩性、安全性、热稳定性以及改善隔膜的机械强度，从而延长隔膜的使用寿命。
但是，涂覆隔膜的表面一般比较粗糙，与卷针之间的摩擦系数较大。因此在锂电池卷绕的过程中经常出现卷芯很难从卷针上拔下的情况，而且拔下后的卷芯很容易出现隔膜撕裂、卷芯端面不齐、卷芯螺旋等现象，此类问题严重影响了锂电池的性能，并且在后期的使用过程中有可能发生内短路现象，存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中涂覆隔膜表面摩擦系数较大的技术缺陷，而提供一种锂电池隔膜浆料。
本发明的另一个目的，是提供一种由上述锂电池隔膜浆料涂覆形成的锂电池隔膜。
本发明的另一个目的，是提供上述锂电池隔膜组成的锂电池。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种锂电池隔膜浆料，按照质量份数包括：
35-40份粉料、2-5份粘结剂、0.05-0.1份润湿剂、0.5-1份分散剂、35-40份增稠剂、0.5-1.0 份聚乙烯蜡和50-80份去离子水。
在上述技术方案中，所述粉料为氧化铝、PVDF粉末和勃母石粉末其中的一种或任意比例的混合。
在上述技术方案中，所述粉料的粒径为0.5-1.0μm。
在上述技术方案中，所述粘结剂为聚苯乙烯-丁二烯乳液、聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯乳液、聚苯乙烯-丙烯酸丁酯乳液、聚四氟乙烯溶液和聚偏氟乙烯乳液中的一种或任意比例的混合；所述分散剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、正丁醇、环己醇和乙醇中的一种或任意比例的混合；所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的一种或任意比例的混合；所述润湿剂包括丁基萘磺酸钠盐、十二烷基硫酸钠、脂肪醇与环氧乙烷的缩聚物、烷基酚聚氧化醚(NP)、萘磺酸甲醛聚合物(NNO)、烷基酚甲醛树脂聚氧乙烯醚硫酸盐 SOPA和脂肪醇醚中的一种或任意比例的混合。
在上述技术方案中，锂电池隔膜浆料的黏度为60-80Mpa·S。
在上述技术方案中，其制备方法包括以下步骤：
步骤1：在去离子水中加入分散剂，以1000-3000r/min的转速分散5-15min，得混合溶液；
步骤2：向所得混合溶液中加入粉料和聚乙烯蜡，以1000-3000r/min的转速砂磨50-90min，得分散液；
步骤3：向所得分散液中加入粘结剂，以2000-5000r/min的转速分散20-60min；然后加入增稠剂，以2000-5000r/min的转速分散10-40min；
步骤4：加入润湿剂，以2000-5000r/min的转速分散30-40min，得锂电池隔膜浆料。
本发明的另一方面，一种锂电池隔膜，包括基膜和上述锂电池隔膜浆料涂覆在所述基膜一侧或双侧形成的涂层。
在上述技术方案中，所述基膜为聚乙烯膜，所述聚乙烯基膜的原料按照质量份数包括：
10-30份高分子聚乙烯、60-80份石蜡油和0.5-1份抗氧化剂，所述抗氧化剂包括2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸酯]和十八烷-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸酯中一种或任意比例的混合。
在上述技术方案中，锂电池隔膜的静摩擦系数为0.15-0.25。
本发明的另一方面，一种锂电池，包括正极、负极、电解液和上述锂电池隔膜。
其中正极材料为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料其中的一种，负极材料为石墨、石墨化碳材料、改性石墨其中的一种，电解液溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、二甲氧基乙烷其中的一种，电解质为六氟磷酸锂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提供的锂电池隔膜浆料，由于加入了聚乙烯蜡，降低了锂电池隔膜表面的摩擦系数，使物体接触涂层表面时，滑动倾向大于划伤倾向。聚乙烯蜡粉末迁移至涂膜表面可使涂膜表面的摩擦系数大幅度降低，可使涂膜大大减轻受摩擦而被抛光的倾向，从而保持低光泽的耐久性。
2.本发明提供的锂电池隔膜，摩擦系数为0.15-0.25。在此范围内，在锂电池卷绕的过程中，既可以将卷芯顺利从卷针上拔下而不划伤卷芯，也不会使得卷芯内部层与层之间发生错位而导致卷芯端面不齐、螺旋等缺陷，提高了锂电池的性能。
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。
实施例1
1号锂电池隔膜浆料，按照质量份数包括：
35份氧化铝、5份聚苯乙烯-丁二烯乳液、0.06份丁基萘磺酸钠盐、0.6份聚丙烯酸钠、8 份羧甲基纤维素钠、0.5份聚乙烯蜡和60份去离子水。
2号锂电池隔膜浆料，按照质量份数包括：
38份PVDF粉末、4份聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯乳液、0.08份十二烷基硫酸钠、0.8 份聚丙烯酸铵、8份羟乙基纤维素、0.5份聚乙烯蜡和80份去离子水。
3号锂电池隔膜浆料，按照质量份数包括：
40份勃母石粉末、5份聚苯乙烯-丙烯酸丁酯乳液、0.06份烷基酚聚氧化醚、0.5份正丁醇、8份羟丙基甲基纤维素、1.0份聚乙烯蜡和70份去离子水。
上述锂电池隔膜浆料的制备方法为：
按照配方量称取粉料、润湿剂、粘结剂、分散剂、增稠剂、去离子水和聚乙烯蜡。
步骤1：在去离子水中加入分散剂高速分散10min,控制转速为1000r/min，得到混合溶液，然后向其中加入粉料和聚乙烯蜡；经过砂磨机高速砂磨90min，控制转速3000r/min，将粉料分散均匀，形成分散液；
步骤2：向分散液中加入粘结剂，高速分散60min，控制转速5000r/min，然后向其中加入增稠剂，高速分散40min，控制转速,3000r/min，然后加入润湿剂，高速分散40min，控制转速5000r/min，配置成锂电池隔膜浆料。
对比例1
1a号锂电池隔膜浆料，按照质量份数包括：
35份氧化铝、5份聚苯乙烯-丁二烯乳液、0.06份丁基萘磺酸钠盐、0.6份聚丙烯酸钠、8 份羧甲基纤维素钠和60份去离子水。
2a号锂电池隔膜浆料，按照质量份数包括：
38份PVDF粉末、4份聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯乳液、0.08份十二烷基硫酸钠、0.8 份聚丙烯酸铵、7份羟乙基纤维素、0.2份聚乙烯蜡和80份去离子水。
3a号锂电池隔膜浆料，按照质量份数包括：
40份勃母石粉末、5份聚苯乙烯-丙烯酸丁酯乳液、0.06份烷基酚聚氧化醚、0.5份正丁醇、8份羟丙基甲基纤维素、1.5份聚乙烯蜡和70份去离子水。
上述锂电池隔膜浆料的制备方法为：
按照配方量称取粉料、润湿剂、粘结剂、分散剂、增稠剂和去离子水。
步骤1：在去离子水中加入分散剂高速分散10min,控制转速为1000r/min，得到混合溶液，然后向其中加入粉料；经过砂磨机高速砂磨90min，控制转速3000r/min，将粉料分散均匀，形成分散液；
步骤2：向分散液中加入粘结剂，高速分散60min，控制转速5000r/min，然后向其中加入增稠剂，高速分散40min，控制转速,3000r/min，然后加入润湿剂，高速分散40min，控制转速5000r/min，配置成锂电池隔膜浆料。
实施例2
1号锂电池隔膜，包括基膜和实施例1中1号锂电池隔膜浆料涂覆在所述基膜一侧形成的涂层。所述基膜为聚乙烯膜。所述基膜的厚度为12μm，所述涂层的厚度为4μm。
2号锂电池隔膜，包括基膜和实施例1中2号锂电池隔膜浆料涂覆在所述基膜一侧形成的涂层。所述基膜为聚乙烯膜。所述基膜的厚度为12μm，所述涂层的厚度为4μm。
3号锂电池隔膜，包括基膜和实施例1中3号锂电池隔膜浆料涂覆在所述基膜双侧形成的涂层。所述基膜为聚乙烯膜。所述基膜的厚度为12μm，每一侧涂层的厚度均为4μm。
1a号锂电池隔膜，包括基膜和实施例1中1a号锂电池隔膜浆料涂覆在所述基膜一侧形成的涂层。所述基膜为聚乙烯膜。所述基膜的厚度为12μm，所述涂层的厚度为4μm。
2a号锂电池隔膜，包括基膜和实施例1中2a号锂电池隔膜浆料涂覆在所述基膜一侧形成的涂层。所述基膜为聚乙烯膜。所述基膜的厚度为12μm，所述涂层的厚度为4μm。
3a号锂电池隔膜，包括基膜和实施例1中3a号锂电池隔膜浆料涂覆在所述基膜双侧形成的涂层。所述基膜为聚乙烯膜。所述基膜的厚度为12μm，每一侧所述涂层的厚度均为4μm。
所述基膜为聚乙烯膜，所述聚乙烯基膜的原料按照质量份数包括：
10份高分子聚乙烯(重均分子量介于30-150万)、60份石蜡油和0.5份2,6-二叔丁基-4- 甲基苯酚。
利用隔膜摩擦系数仪来测量上述锂电池隔膜的摩擦系数，测定方法为：先裁取面积为63mm*500mm的锂电池隔膜两块，其中一块夹到试样夹样器上，平铺在水平试验台上，另一块包裹在滑块上，将包裹有隔膜的滑块通过挂钩连接在测力负荷传感器上，使包裹滑块的隔膜和平铺在水平试验台上的隔膜相对并完全接触，保持15s，启动仪器使样品相对移动，此时记录该测定过程两个样品之间的力-位移曲线图，并根据力值算得隔膜的最大静摩擦系数。隔膜的测定方向分别选其纵向和横向，各测试5组求平均值。试验速度为100±10mm/min，温度10℃-40℃，相对湿度为20％-70％。
上述锂电池隔膜的摩擦系数以及其余性能参数如下表所示：
| 隔膜编号 | 摩擦系数 | 透气率 | 针刺强度 | 破膜温度 |
| 1 | 0.23 | 177Sec/100ml | 6.4N | 155.12℃ |
| 1a | 0.51 | 179Sec/100ml | 5.5N | 154.84℃ |
| 2 | 0.21 | 199Sec/100ml | 6.2N | 152.36℃ |
| 2a | 0.32 | 192Sec/100ml | 6.3N | 153.11℃ |
| 3 | 0.20 | 183Sec/100ml | 5.7N | 151.36℃ |
| 3a | 0.12 | 175Sec/100ml | 5.6N | 151.93℃ |
由上表可见，1-3号锂电池隔膜相比于对比例1a-3a号锂电池隔膜，在其隔膜常规性能例如透气率、针刺强度和破膜温度基本不变的基础上，其摩擦系数明显降低。
1号锂电池隔膜相比于1a号锂电池隔膜，在浆料中加入聚乙烯蜡，其作用是它会从膜内均匀分散的状态逐步迁移到膜的表面上来，这是由于在涂膜中聚乙烯蜡微粒会失去亲水性，具有疏水性的蜡微粒容易迁移到膜表面。由于这种迁移，可以是膜的表面产生抗粘连作用，聚乙烯蜡还同时产生抗磨损、抗划伤等同步效应。它可以降低涂层表面的摩擦系数，使物体接触涂层表面时，滑动倾向大于划伤倾向。聚乙烯蜡粉末迁移至涂膜表面可使涂膜表面的摩擦系数大幅度降低，可使涂膜大大减轻受摩擦而被抛光的倾向，从而保持低光泽的耐久性。
2号锂电池隔膜相比于2a号锂电池隔膜，加入聚乙烯蜡的份数较少，其摩擦系数较大。
3号锂电池隔膜相比于3a号锂电池隔膜，加入聚乙烯蜡的份数较多，其摩擦系数较小。
实施例3
一种锂电池，包括正极、负极、电解液和实施例2所述的1-3号和1a-3a号锂电池隔膜。其中正极材料为钴酸锂，负极材料为石墨，电解液溶剂为碳酸乙烯酯，电解质为六氟磷酸锂。
上述锂电池的性能参数如下表所示：
由上表可以看出，由1号锂电池隔膜组成的1号锂电池相比于1a号锂电池隔膜组成的 1a号锂电池，其短路率明显降低。这是由于锂电池隔膜的摩擦系数减小，在电池卷绕过程中卷芯顺利从卷针上拔下而减少了隔膜划伤、撕裂的情况。
由3号锂电池隔膜组成的3号锂电池相比于3a号锂电池隔膜组成的3a号锂电池，由于锂电池隔膜的摩擦系数较小，表面相对光滑，在锂电池卷绕的过程中，将卷芯拔下时，使得卷芯内部层与层之间发生错位而导致卷芯端面不齐、螺旋等缺陷，进而影响锂电池的性能。
依照本发明内容进行工艺参数调整，均可制备本发明的锂电池隔膜浆料，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)
1.一种锂电池隔膜浆料，其特征在于，按照质量份数包括：
35-40份粉料、2-5份粘结剂、0.05-0.1份润湿剂、0.5-1份分散剂、35-40份增稠剂、0.5-1.0份聚乙烯蜡和50-80份去离子水。
2.如权利要求1所述的锂电池隔膜浆料，其特征在于，所述粉料为氧化铝、PVDF粉末和勃母石粉末其中的一种或任意比例的混合。
3.如权利要求2所述的锂电池隔膜浆料，其特征在于，所述粉料的粒径为0.5-1.0μm。
4.如权利要求3所述的锂电池隔膜浆料，其特征在于，所述粘结剂为聚苯乙烯-丁二烯乳液、聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯乳液、聚苯乙烯-丙烯酸丁酯乳液、聚四氟乙烯溶液和聚偏氟乙烯乳液中的一种或任意比例的混合；所述分散剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、正丁醇、环己醇和乙醇中的一种或任意比例的混合；所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的一种或任意比例的混合；所述润湿剂包括丁基萘磺酸钠盐、十二烷基硫酸钠、脂肪醇与环氧乙烷的缩聚物、烷基酚聚氧化醚、萘磺酸甲醛聚合物、烷基酚甲醛树脂聚氧乙烯醚硫酸盐和脂肪醇醚中的一种或任意比例的混合。
5.如权利要求4所述的锂电池隔膜浆料，其特征在于，锂电池隔膜浆料的黏度为60-80Mpa·S。
6.如权利要求5所述的锂电池隔膜浆料，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
步骤1：在去离子水中加入分散剂，以1000-3000r/min的转速分散5-15min，得混合溶液；
步骤2：向所得混合溶液中加入粉料和聚乙烯蜡，以1000-3000r/min的转速砂磨50-90min，得分散液；
步骤3：向所得分散液中加入粘结剂，以2000-5000r/min的转速分散20-60min；然后加入增稠剂，以2000-5000r/min的转速分散10-40min；
步骤4：加入润湿剂，以2000-5000r/min的转速分散30-40min，得锂电池隔膜浆料。
7.一种锂电池隔膜，其特征在于，包括基膜和如权利要求1-6任一项所述的锂电池隔膜浆料涂覆在所述基膜一侧或双侧形成的涂层。
8.如权利要求7所述的锂电池隔膜，其特征在于，所述基膜为聚乙烯膜，所述聚乙烯基膜的原料按照质量份数包括：
10-30份高分子聚乙烯、60-80份石蜡油和0.5-1份抗氧化剂，所述抗氧化剂包括2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸酯]和十八烷-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸酯中一种或任意比例的混合。
9.如权利要求8所述的锂电池隔膜，其特征在于，锂电池隔膜的静摩擦系数为0.15-0.25。
10.一种锂电池，其特征在于，包括正极、负极、电解液和权利要求7-9任一项所述的锂电池隔膜。
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