CN113054320A - 一种耐老化锂离子电池隔膜及制作方法 - Google Patents

一种耐老化锂离子电池隔膜及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐老化锂离子电池隔膜及其制作方法，属于锂离子电池生产技术领域。其中，耐老化锂离子电池隔膜采用如下技术方案，一种耐老化锂离子电池隔膜包括基膜和涂覆于基膜表面的涂层，涂层的成分包括陶瓷粉、粘结剂、润湿剂和分散剂，涂层的静摩擦系数在0.1‑1.9之间，基膜的静摩擦系数在0.1‑2.1之间。本发明通过调整基膜和涂层的静摩擦系数，使静摩擦系数增大，由于隔膜的摩擦系数可以影响涂层的剥离强度，使涂层在电池环境中更稳定，增加电池安全性，延长电池寿命，涂层中的陶瓷粉成分可以提升涂层的剥离强度及其稳定性，从而解决了现有技术电池隔膜涂层剥离强度差的问题。

Description

一种耐老化锂离子电池隔膜及制作方法
技术领域
本发明涉及一种耐老化锂离子电池隔膜及制作方法，属于锂离子电池生产技术领域。
背景技术
隔膜是锂离子电池中关键的内层组件之一，隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。现有技术中锂电池隔膜中涂层与基膜的附着力小，即涂层与基膜之间的粘接力小，摩擦系数小，导致涂层剥离强度低、电解液耐受性和耐氧化性差，这种隔膜在做成电池后涂层有脱落风险，致使电池存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低涂层脱落的风险的耐老化锂离子电池隔膜，用以解决现有技术的锂电池隔膜中涂层与基膜之间的粘接力小、涂层剥离强度低的技术问题。同时，本发明还提供一种耐老化锂离子电池隔膜的制作方法。
本发明的耐老化锂离子电池隔膜采用如下技术方案：一种耐老化锂离子电池隔膜，包括基膜和涂覆于基膜表面的涂层，所述涂层的成分包括陶瓷粉、粘结剂、润湿剂和分散剂，涂层的静摩擦系数在0.1-1.9之间，所述基膜的静摩擦系数在0.1-2.1之间。
所述陶瓷粉为三氧化二铝、勃姆石、氢氧化镁、氧化镁、氧化锌、氧化硅中的一种或两种以上。
所述陶瓷粉的粒径在10nm-10000nm。
所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种或两种以上。
所述润湿剂为聚乙烯醇、聚醚类化合物、磺酸钠化合物、酰胺类化合物中的一种或两种以上。
所述分散剂为羧酸铵盐化合物、聚丙烯酸盐中的一种或两种以上。
所述基膜的材料为聚乙烯、聚丙烯、芳纶、聚酰亚胺的中的一种或两种以上。
所述基膜厚度3-16μm，所述涂层的厚度是1-4μm。
本发明的耐老化锂离子电池隔膜的制作方法采用如下技术方案：一种耐老化锂离子电池隔膜的制作方法，其包括以下步骤：（1）首先采用高分子原料经过拉伸萃取烘干成基膜，基膜具体是采用湿法同步双向拉伸制作而成，具体是：高分子原料与石蜡油熔融混合，然后降温，实现固液分离，对原料进行横向和纵向的同步双向拉伸，双向拉伸温度为140-180℃；（2）制作浆料，具体是先把陶瓷粉和水混合，加入分散剂，搅拌均匀，分散开，然后加入粘结剂和润湿剂，制成浆料，浆料中各组分的重量份数如下：陶瓷粉20-50 份、水30-70份、分散剂0.01-1 份、粘结剂2-10 份、润湿剂：0.01-1 份；（3）把制成的浆料用凹版涂覆工艺涂覆在基膜表面，涂覆速度为50-150m/min，浆料干燥形成涂层，最终收卷成膜。
所述陶瓷粉为三氧化二铝、勃姆石、氢氧化镁、氧化镁、氧化锌、氧化硅中的一种或两种以上；所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种或两种以上；所述润湿剂为聚乙烯醇、聚醚类化合物、磺酸钠化合物、酰胺类化合物中的一种或两种以上；分散剂为羧酸铵盐化合物、聚丙烯酸盐中的一种或两种以上；基膜的材料为聚乙烯、聚丙烯、芳纶、聚酰亚胺的中的一种或两种以上。
本发明的有益效果是：本发明隔膜中的陶瓷粉颗粒能提升基膜的耐热性，粘结剂使陶瓷粉颗粒之间、陶瓷粉颗粒和基膜之间粘接紧密；分散剂能使陶瓷粉颗粒均匀的分散在水中，防止陶瓷粉颗粒发生团聚，润湿剂能降低浆料的表面张力，使陶瓷粉颗粒易于涂覆在基膜上，这种含陶瓷粉颗粒的涂层具有耐老化、不易被氧化、不被电解液溶解的优点；基膜采用高分子原材料，具有耐老化、不易被氧化、不被电解液溶解的特性；另外，由于基膜和涂层均具有较高的静摩擦系数，且陶瓷粉颗粒和涂层之间具有粘结剂，因此基膜和涂层的界面稳定性很高。本发明通过调整基膜和涂层的静摩擦系数，使静摩擦系数增大，由于隔膜的摩擦系数可以影响涂层的剥离强度，使涂层在电池环境中更稳定，增加电池安全性，延长电池寿命，涂层中的陶瓷粉成分可以提升涂层的剥离强度及其稳定性，从而解决了现有技术涂层剥离强度差、电解液耐受性和耐氧化性差的问题。
优选的，基膜采用高分子材料，用湿法双向拉伸工艺，经过拉伸萃取烘干成膜，制得摩擦系数相对现有技术更大。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种实施例的耐老化锂离子电池隔膜包括基膜和涂覆于基膜表面的涂层，所述涂层的成分包括陶瓷粉、粘结剂、润湿剂和分散剂，涂层的静摩擦系数在0.1-1.9之间，所述基膜的静摩擦系数在0.1-2.1之间，所述基膜厚度3-16μm，所述涂层的厚度是1-4μm。
所述陶瓷粉为三氧化二铝、勃姆石、氢氧化镁、氧化镁、氧化锌、氧化硅中的一种或两种以上。所述陶瓷粉的粒径在10nm-10000nm，优选的，陶瓷粉粒径D50在0.2微米-1微米之间。
所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种或两种以上。所述润湿剂为聚乙烯醇、聚醚类化合物、磺酸钠化合物、酰胺类化合物中的一种或两种以上。所述分散剂为羧酸铵盐化合物、聚丙烯酸盐中的一种或两种以上。所述基膜为聚乙烯、聚丙烯、芳纶、聚酰亚胺的中的一种或两种以上。所述基膜采用湿法同步双向拉伸制作而成，基膜原料经过拉伸萃取烘干成膜，制作涂层时，用陶瓷粉浆料进行涂覆上述基膜，能提升涂层的剥离强度及其稳定性。
本发明通过调整基膜和涂层的静摩擦系数，使静摩擦系数增大，由于隔膜的摩擦系数可以影响涂层的剥离强度，使涂层在电池环境中更稳定，增加电池安全性，延长电池寿命。
本发明一种耐老化锂离子电池隔膜的制作方法的实施例包括以下步骤：（1）首先采用高分子原料经过拉伸萃取烘干成基膜，基膜具体是采用湿法同步双向拉伸制作而成，具体是：高分子原料与石蜡油熔融混合，然后降温，实现固液分离，对原料进行横向和纵向的同步双向拉伸，双向拉伸温度为140-180℃；（2）制作浆料，具体是先把陶瓷粉和水混合，加入分散剂，搅拌均匀，分散开，搅拌分散可以采用带有分散盘的搅拌设备，然后加入粘结剂和润湿剂，制成浆料，浆料中各组分的重量份数如下：陶瓷粉20-50 份、水30-70 份、分散剂0.01-1 份、粘结剂2-10 份、润湿剂：0.01-1 份；（3）把制成的浆料用凹版涂覆工艺涂覆在基膜表面，涂覆速度为50-150m/min，浆料干燥形成涂层，最终收卷成膜。
步骤（2）中：所述陶瓷粉为三氧化二铝、勃姆石、氢氧化镁、氧化镁、氧化锌、氧化硅中的一种或两种以上；所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种或两种以上；所述润湿剂为聚乙烯醇、聚醚类化合物、磺酸钠化合物、酰胺类化合物中的一种或两种以上；分散剂为羧酸铵盐化合物、聚丙烯酸盐中的一种或两种以上；基膜的材料为聚乙烯、聚丙烯、芳纶、聚酰亚胺的中的一种或两种以上。
本发明的具体实验实例和试验数据如下：
实例1：采用分子量大于150万的PE与石蜡油加热均匀混合，经过挤出、热值相分离、同步双向拉伸工艺，制得9μm厚度的PE微孔基膜。涂层的成分为：氧化铝、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸铵和聚乙烯醇。
用涂覆机将PE基膜表面涂布一层涂层，涂层厚度为3μm，制得陶瓷粉涂覆隔膜复合锂离子电池隔膜产品，总厚度12μm，上述涂覆机采用的工艺为反向凹版涂覆工艺。
实例2：采用分子量小于100万的PE与石蜡油加热均匀混合，经过挤出、热值相分离、同步双向拉伸工艺，制得9μm厚度的PE微孔基膜。涂层的成分为：氧化铝、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸铵和聚乙烯醇。
用涂覆机将PE基膜表面涂布一层涂层，涂层厚度为3μm，制得陶瓷粉涂覆隔膜复合锂离子电池隔膜产品，总厚度12μm，上述涂覆机采用的工艺为反向凹版涂覆工艺。
实例3：采用分子量大于150万的PE与石蜡油加热均匀混合，经过挤出、热值相分离、同步双向拉伸工艺，制得9μm厚度的PE微孔基膜。涂层的成分为：勃姆石、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸铵和聚乙烯醇。
用涂覆机将PE基膜表面涂布一层涂层，涂层厚度为3μm，制得陶瓷粉涂覆隔膜复合锂离子电池隔膜产品，总厚度12μm，上述涂覆机采用的工艺为反向凹版涂覆工艺。
对上述实例1-3制得的锂电池隔膜进行静摩擦系数和剥离强度测试，剥离强度测试方法为：利用双面胶带把隔膜的涂层面粘住，另一面粘住薄钢板，然后将隔膜和钢板分别放置在万能拉伸机的上下夹具中，将其拉开，拉开的力就代表剥离强度。其中拉伸机的运行速度是匀速的，剥离强度与粘接面的宽度有关，因此剥离强度f=F/x, F为拉力，x为宽度。静摩擦系数是按照国标GB/T 10006-1988方法测试。测试结果如下表所示：
测试项目 实例1 实例2 实例3
基膜静摩擦系数 1.753 0.724 1.753
涂层静摩擦系数 0.813 0.716 0.522
剥离强度（N/m） 213 95 162
由测试结果可知，基膜的静摩擦系数越大，剥离强度越高；从实施例1和3中可以看出，增加涂层的静摩擦系数，剥离强度也越高。因而可以很好地将涂层附着在基膜表面，提升电池的安全性。
虽然上面已经对本发明的实施方式进行了详细描述，但本发明不限于上述的实施方式。所附的权利要求所限定的本发明的范围包含所有等同的替代和变化。

Claims (10)

1.一种耐老化锂离子电池隔膜，包括基膜和涂覆于基膜表面的涂层，其特征在于：所述涂层的成分包括陶瓷粉、粘结剂、润湿剂和分散剂，涂层的静摩擦系数在0.1-1.9之间，所述基膜的静摩擦系数在0.1-2.1之间。
2.根据权利要求1所述的耐老化锂离子电池隔膜，其特征在于：所述陶瓷粉为三氧化二铝、勃姆石、氢氧化镁、氧化镁、氧化锌、氧化硅中的一种或两种以上。
3.根据权利要求2所述的耐老化锂离子电池隔膜，其特征在于：所述陶瓷粉的粒径在10nm-10000nm。
4.根据权利要求1所述的耐老化锂离子电池隔膜，其特征在于：所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种或两种以上。
5.根据权利要求1所述的耐老化锂离子电池隔膜，其特征在于：所述润湿剂为聚乙烯醇、聚醚类化合物、磺酸钠化合物、酰胺类化合物中的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的耐老化锂离子电池隔膜，其特征在于：所述分散剂为羧酸铵盐化合物、聚丙烯酸盐中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1所述的耐老化锂离子电池隔膜，其特征在于：所述基膜的材料为聚乙烯、聚丙烯、芳纶、聚酰亚胺的中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1所述的耐老化锂离子电池隔膜，其特征在于：所述基膜厚度3-16μm，所述涂层的厚度是1-4μm。
9.一种耐老化锂离子电池隔膜的制作方法，其特征在于，其包括以下步骤：（1）首先采用高分子原料经过拉伸萃取烘干成基膜，基膜是采用湿法同步双向拉伸制作而成，具体是：高分子原料与石蜡油熔融混合，然后降温，实现固液分离，对原料进行横向和纵向的同步双向拉伸，双向拉伸温度为140-180℃；（2）制作浆料，具体是先把陶瓷粉和水混合，加入分散剂，搅拌均匀，分散开，然后加入粘结剂和润湿剂，制成浆料，浆料中各组分的重量份数如下：陶瓷粉20-50 份、水30-70 份、分散剂0.01-1 份、粘结剂2-10 份、润湿剂0.01-1 份；（3）把制成的浆料用凹版涂覆工艺涂覆在基膜表面，涂覆速度为50-150m/min，浆料干燥形成涂层，最终收卷成膜。
10.根据权利要求1所述的耐老化锂离子电池隔膜的制作方法，其特征在于：所述陶瓷粉为三氧化二铝、勃姆石、氢氧化镁、氧化镁、氧化锌、氧化硅中的一种或两种以上；所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈中的一种或两种以上；所述润湿剂为聚乙烯醇、聚醚类化合物、磺酸钠化合物、酰胺类化合物中的一种或两种以上；分散剂为羧酸铵盐化合物、聚丙烯酸盐中的一种或两种以上；基膜的材料为聚乙烯、聚丙烯、芳纶、聚酰亚胺的中的一种或两种以上。
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