CN112928382A - 超低内阻陶瓷涂覆隔膜及制备方法、二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明属于二次电池制造技术领域，具体涉及一种超低内阻陶瓷涂覆隔膜及制备方法、二次电池，其中所述超低内阻陶瓷涂覆隔膜的制备方法，包括以下步骤：制备陶瓷溶液，将球形陶瓷加入到分散剂溶液中，制得陶瓷溶液；制备陶瓷浆料，向陶瓷溶液中加入增稠剂、粘结剂、润湿剂，制得陶瓷浆料；制备超低内阻陶瓷涂覆隔膜，将陶瓷浆料涂敷于多孔隔离膜的表面，并进行烘干后，制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜；本发明采用低粗糙度球形陶瓷制得陶瓷浆料，并将该种陶瓷浆料涂覆于多孔隔离膜的表面制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜，降低了隔膜的内阻。

Description

超低内阻陶瓷涂覆隔膜及制备方法、二次电池

技术领域

本发明属于二次电池制造技术领域，具体涉及一种超低内阻陶瓷涂覆隔膜及制备方法、二次电池。

背景技术

二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。利用化学反应的可逆性，可以组建成一个新电池，即当一个化学反应转化为电能之后，还可以用电能使化学体系修复，然后再利用化学反应转化为电能，所以叫二次电池(可充电电池)。

二次电池作为新能源电池的使用范围越来越广，其安全性和耐用性是人们最为关注的性能指标，如何降低二次电池的内阻，避免二次电池在长时间使用过程中引起电池发热、甚至爆炸等安全问题，是当前亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种超低内阻陶瓷涂覆隔膜及制备方法、二次电池。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超低内阻陶瓷涂覆隔膜的制备方法，包括以下步骤：制备陶瓷溶液，将球形陶瓷加入到分散剂溶液中，制得陶瓷溶液；制备陶瓷浆料，向陶瓷溶液中加入增稠剂、粘结剂、润湿剂，制得陶瓷浆料；制备超低内阻陶瓷涂覆隔膜，将陶瓷浆料涂敷于多孔隔离膜的表面，并进行烘干后，制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

第二方面，本发明还提供了一种如前所述的制备方法制得的超低内阻陶瓷涂覆隔膜，所述超低内阻陶瓷涂覆隔膜的厚度为1μm～50μm；所述超低内阻陶瓷涂覆隔膜的孔隙率为25％～90％；所述超低内阻陶瓷涂覆隔膜的透气值不低于25s/100cc。

第三方面，本发明还提供了一种二次电池的制备方法，包括以下步骤：制备正极极片；制备负极极片；装配二次电池，将正极极片、负极极片与超低内阻陶瓷涂覆隔膜通过叠片、卷绕的方式装配；对二次电池进行陈化，即对装配完成后的二次电池进行烘烤、注电解液、封装、陈化；对陈化后的二次电池进行化成充电，二次封装、老化、分容。

第四方面，本发明还提供了一种锂离子电池，包括：正极极片；负极极片；以及位于正极极片、负极极片之间的如前所述的超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

第五方面，本发明还提供了一种钠离子电池，包括：正极极片；负极极片；以及位于正极极片、负极极片之间的如前所述的超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

第六方面，本发明还提供了一种钾离子电池，包括：正极极片；负极极片；以及位于正极极片、负极极片之间的如前所述的超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

本发明的有益效果是，本发明提供的超低内阻陶瓷涂覆隔膜，采用低粗糙度球形陶瓷制得陶瓷浆料，并将该种陶瓷浆料涂覆于多孔隔离膜的表面制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜，降低了隔膜的内阻；同时将本发明制得的超低内阻陶瓷涂覆隔膜用于二次电池，提高了二次电池的性能。

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。

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。

为了降低二次电池的内阻，本发明提供了一种超低内阻陶瓷涂覆隔膜的制备方法，包括以下步骤：制备陶瓷溶液，将球形陶瓷加入到分散剂溶液中，制得陶瓷溶液；制备陶瓷浆料，向陶瓷溶液中加入增稠剂、粘结剂、润湿剂，制得陶瓷浆料；制备超低内阻陶瓷涂覆隔膜，将陶瓷浆料涂敷于多孔隔离膜的表面，并进行烘干后，制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

其中，可选的，所述球形陶瓷的粗糙度不超过0.1μm，粒径分布D50可以但不限于为0.2～2.0μm。

可选的，所述球形陶瓷可以但不限于包括：氧化铝、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁或硫酸钡中的一种或多种。

可选的，所述分散剂可以但不限于为阴离子分散剂，如十二烷基苯磺酸钠；所述增稠剂可以但不限于为羧甲基纤维素钠；所述粘结剂可以但不限于为丙烯酸类及其相关改性粘结剂，如丙烯酸酯胶粘剂；所述的润湿剂的可以但不限于为硅醚类表面活性剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚。

可选的，所述陶瓷浆料中球形陶瓷、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂的质量比分别为：1：(0.003～0.008)：(0.03～0.09)：(0.03～0.1)：(0.004～ 0.012)。

可选的，所述多孔隔离膜的成分可以但不限于为PE、PP、PI、PET中的一种或多种。

进一步的，本发明还提供了一种如前所述的制备方法制得的超低内阻陶瓷涂覆隔膜，其中所述超低内阻陶瓷涂覆隔膜的厚度可以但不限于为1μm～50μ m；所述超低内阻陶瓷涂覆隔膜的孔隙率可以但不限于为25％～90％；所述超低内阻陶瓷涂覆隔膜的透气值不低于25s/100cc。

进一步的，本发明还提供了一种二次电池的制备方法，包括以下步骤：制备正极极片；制备负极极片；二次电池装配，即正极极片、负极极片与陶瓷隔膜通过叠片、卷绕的方式装配；对二次电池进行陈化，即对装配完成后的二次电池进行烘烤、注电解液、封装、陈化；对陈化后的二次电池进行化成充电，二次封装、老化、分容。

可选的，所述二次电池的封装形式可以但不限于为圆柱、方形或软包。

进一步的，本发明还提供了一种锂离子电池，包括：正极极片；负极极片；以及位于正极极片、负极极片之间的如前所述的超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

其中，可选的，所述锂离子电池的正极极片的成分可以但不限于为钴酸锂、 NCA、NCM、锰酸锂、磷酸铁锂中的一种或几种。

可选的，所述锂离子电池的负极极片的成分可以但不限于为石墨、钛酸锂、锂金属、锂金属合金、硅、硅碳中的一种或几种。

可选的，所述锂离子电池的电解质可以但不限于为六氟磷酸锂、固态电解质、半固态电解质。

进一步的，本发明还提供了一种钠离子电池，包括：正极极片；负极极片；以及位于正极极片、负极极片之间的如前所述的超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

其中，可选的，所述钠离子电池的正极极片的成分可以但不限于为聚阴离子类、普鲁士蓝类、氧化物类材料，以及层状结构的NaxMO₂(其中，M为Fe、 Mn、Co、V或Ti中的一种或多种；x≤1)及其二元、三元材料中的一种或几种。

可选的，所述钠离子电池的负极极片的成分可以但不限于为硬碳、过渡金属及其合金类化合物中的一种或几种。

可选的，所述钠离子电池的电解质可以但不限于为六氟磷酸钠。

进一步的，本发明还提供了一种钾离子电池，包括：正极极片；负极极片；以及位于正极极片、负极极片之间的如前所述的超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

其中，可选的，所述钾离子电池的正极极片的成分可以但不限于为钾基层状蜂窝框架结构的K₂Ni₂TeO₆或K₂Mg₂TeO₆，以及与其相关衍生材料中的一种或几种。

可选的，所述钾离子电池的负极极片的成分可以但不限于为苯乙烯、石墨、硅中的一种或几种。

可选的，所述钾离子电池的电解质可以但不限于为六氟磷酸钾。

实施例1

(1)制备陶瓷溶液

将40kg粒径分布D50为0.7μm、粗糙度为0.08μm的球形氧化铝陶瓷加入到0.6kg固含量为40％的分散剂溶液中，制得陶瓷溶液。

(2)制备陶瓷浆料

向陶瓷溶液中加入9.6kg固含量为5％的增稠剂溶液、6kg固含量为30％的粘结剂和0.6kg润湿剂，搅拌分散均匀后制得陶瓷浆料。

(3)制备超低内阻陶瓷涂覆隔膜

将陶瓷浆料涂敷于厚度为12μm的PE多孔隔离膜的两表面，且各表面的涂覆厚度均为1.5μm，烘干后制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

实施例2

(1)制备陶瓷溶液

将40kg粒径分布D50为2.0μm、粗糙度为0.1μm的球形氧化铝陶瓷加入到0.8kg固含量为40％的分散剂溶液中，制得陶瓷溶液。

(2)制备陶瓷浆料

向陶瓷溶液中加入72kg固含量为5％的增稠剂溶液、10kg固含量为30％的粘结剂和0.16kg润湿剂，搅拌分散均匀后制得陶瓷浆料。

(3)制备超低内阻陶瓷涂覆隔膜

将陶瓷浆料涂敷于厚度为0.6μm的PE多孔隔离膜的两表面，且各表面的涂覆厚度均为0.2μm，烘干后制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

实施例3

(1)制备陶瓷溶液

将40kg粒径分布D50为0.2μm、粗糙度为0.05μm的球形氧化铝陶瓷加入到0.3kg固含量为40％的分散剂溶液中，制得陶瓷溶液。

(2)制备陶瓷浆料

向陶瓷溶液中加入24kg固含量为5％的增稠剂溶液、13.33kg固含量为30％的粘结剂和0.48kg润湿剂，搅拌分散均匀后制得陶瓷浆料。

(3)制备超低内阻陶瓷涂覆隔膜

将陶瓷浆料涂敷于厚度为20μm的PE多孔隔离膜的两表面，且各表面的涂覆厚度均为15μm，烘干后制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

实施例4

(1)制备陶瓷溶液

将40kg粒径分布D50为1.3μm、粗糙度为0.02μm的球形氧化铝陶瓷加入到0.5kg固含量为40％的分散剂溶液中，制得陶瓷溶液。

(2)制备陶瓷浆料

向陶瓷溶液中加入48kg固含量为5％的增稠剂溶液、4kg固含量为30％的粘结剂和0.32kg润湿剂，搅拌分散均匀后制得陶瓷浆料。

(3)制备超低内阻陶瓷涂覆隔膜

将陶瓷浆料涂敷于厚度为10μm的PE多孔隔离膜的两表面，且各表面的涂覆厚度均为10μm，烘干后制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

实施例5

将磷酸铁锂制得正极极片；将石墨制得负极极片；将实施例1中的超低内阻陶瓷涂覆隔膜作为隔膜；通过叠片、卷绕的方式装配成二次电池；对装配完成后的二次电池进行烘烤、注入六氟磷酸锂电解液、封装、陈化；并对陈化后的二次电池进行化成充电、二次封装、老化、分容。

实施例6

将磷酸铁锂制得正极极片；将石墨制得负极极片；将实施例2中的超低内阻陶瓷涂覆隔膜作为隔膜；通过叠片、卷绕的方式装配成二次电池；对装配完成后的二次电池进行烘烤、注入六氟磷酸锂电解液、封装、陈化；并对陈化后的二次电池进行化成充电、二次封装、老化、分容。

实施例7

将磷酸铁锂制得正极极片；将石墨制得负极极片；将实施例3中的超低内阻陶瓷涂覆隔膜作为隔膜；通过叠片、卷绕的方式装配成二次电池；对装配完成后的二次电池进行烘烤、注入六氟磷酸锂电解液、封装、陈化；并对陈化后的二次电池进行化成充电、二次封装、老化、分容。

实施例8

将磷酸铁锂制得正极极片；将石墨制得负极极片；将实施例4中的超低内阻陶瓷涂覆隔膜作为隔膜；通过叠片、卷绕的方式装配成二次电池；对装配完成后的二次电池进行烘烤、注入六氟磷酸锂电解液、封装、陈化；并对陈化后的二次电池进行化成充电、二次封装、老化、分容。

对比例1

(1)制备陶瓷溶液

将40kg粒径分布D50为0.7μm、粗糙度为5μm的球形氧化铝陶瓷加入到 0.6kg固含量为40％的分散剂溶液中，制得陶瓷溶液。

(2)制备陶瓷浆料

向陶瓷溶液中加入9.6kg固含量为5％的增稠剂溶液、6kg固含量为30％的粘结剂和0.6kg润湿剂，搅拌分散均匀后制得陶瓷浆料。

(3)制备超低内阻陶瓷涂覆隔膜

将陶瓷浆料涂敷于厚度为12μm的PE多孔隔离膜的两表面，且各表面的涂覆厚度均为1.5μm，烘干后制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

对比例2

将磷酸铁锂制得正极极片；将石墨制得负极极片；将厚度为12μm的PE多孔隔离膜作为隔膜；通过叠片、卷绕的方式装配成二次电池；对装配完成后的二次电池进行烘烤、注入六氟磷酸锂电解液、封装、陈化；并对陈化后的二次电池进行化成充电、二次封装、老化、分容。

性能参数对比分析

本部分对实施例1至实施例4及中制得的陶瓷涂覆隔膜的相关性能进行测试，结果如表1所示。

表1陶瓷涂覆隔膜的性能测试结果汇总表

从表1中的数据可以看出实施例1至实施例4中制得的超低内阻陶瓷涂覆隔膜的面电阻明显低于对比例1中的隔膜，因此，本发明通过采用低表面粗糙度的球形的陶瓷颗粒涂覆在隔膜的表面，降低了离子穿过的阻力，降低隔膜的内阻。

本部分对实施例5至实施例8及对比例中制得的二次电池的相关性能进行测试，结果如表2所示。

表2二次电池的性能测试结果汇总表

从表2中的数据可以看出实施例5至实施例8以及对比例2中制得的二次电池的电池容量、循环性能以及倍率性能均较对比例2中的二次电池有明显提升，因此，将本发明制得的超低内阻陶瓷涂覆隔膜用于二次电池，提高了二次电池的性能。

综上所述，本发明提供的超低内阻陶瓷涂覆隔膜，采用低粗糙度球形陶瓷制得陶瓷浆料，并将该种陶瓷浆料涂覆于多孔隔离膜的表面制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜，降低了隔膜的内阻；同时将本发明制得的超低内阻陶瓷涂覆隔膜用于二次电池，提高了二次电池的性能。

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 (10)

1.一种超低内阻陶瓷涂覆隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备陶瓷溶液，将球形陶瓷加入到分散剂溶液中，制得陶瓷溶液；

制备陶瓷浆料，向陶瓷溶液中加入增稠剂、粘结剂、润湿剂，制得陶瓷浆料；

制备超低内阻陶瓷涂覆隔膜，将陶瓷浆料涂敷于多孔隔离膜的表面，并进行烘干后，制得超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述球形陶瓷的粗糙度不超过0.1μm。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

所述球形陶瓷包括：氧化铝、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁或硫酸钡中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述陶瓷浆料中球形陶瓷、分散剂、增稠剂、粘结剂、润湿剂的质量比分别为：1：(0.003～0.008)：(0.03～0.09)：(0.03～0.1)：(0.004～0.012)。

5.一种如权利要求1所述的制备方法制得的超低内阻陶瓷涂覆隔膜，其特征在于，

所述超低内阻陶瓷涂覆隔膜的厚度为1μm～50μm；

所述超低内阻陶瓷涂覆隔膜的孔隙率为25％～90％；

所述超低内阻陶瓷涂覆隔膜的透气值不低于25s/100cc。

6.一种二次电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备正极极片；

制备负极极片；

装配二次电池，将正极极片、负极极片与超低内阻陶瓷涂覆隔膜通过叠片、卷绕的方式装配；

对二次电池进行陈化，即对装配完成后的二次电池进行烘烤、注电解液、封装、陈化；

对陈化后的二次电池进行化成充电，二次封装、老化、分容。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

所述二次电池的封装形式为圆柱、方形或软包。

8.一种锂离子电池，其特征在于，包括：

正极极片；

负极极片；以及

位于正极极片、负极极片之间的如权利要求5所述的超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

9.一种钠离子电池，其特征在于，包括：

正极极片；

负极极片；以及

位于正极极片、负极极片之间的如权利要求5所述的超低内阻陶瓷涂覆隔膜。

10.一种钾离子电池，其特征在于，包括：

正极极片；

负极极片；以及

位于正极极片、负极极片之间的如权利要求5所述的超低内阻陶瓷涂覆隔膜。