CN113113726A - 一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，按照质量百分比包括以下物质：1%至5%石榴石结构物质；20%至40%含铝化合物；1%至5%分散剂；1%至5%粘结剂；适量溶剂;本发明含铝化合物与石榴石结构物质混合分散剂、粘结剂和溶剂制成浆料通过吸附的方式结合于隔离膜，所得涂层提升隔离膜的耐热性能，导离子性能和保液性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池隔膜技术领域，特别是涉及一种改善隔膜热稳定性的涂层组合物。
背景技术
锂离子电池由正极、负极、隔离膜及机械件组成。隔离膜作用为防止正负极接触短路，同时传导离子，电池反复充放电。现有的隔离膜材料为聚烯烃薄膜，此类隔膜有良好的化学稳定性及机械性能，随着锂离子电池性能的进一步提升，对隔离膜的要求也随之升高。为了满足更高的需求，对隔离膜表面进行涂覆，以满足提升粘结性、浸润性、耐热性以及提升离子电导率等更高的需求。
现有的隔离膜涂层多为陶瓷粉加粘结剂，此类物质可以一定程度上改善吸液性能和耐热性能，但保液性能和离子电导率性能改善不明显，随着电池性能的提升，现有的隔膜涂层已经满足不了要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，本发明含铝化合物与石榴石结构物质混合分散剂、粘结剂和溶剂制成浆料通过吸附的方式结合于隔离膜，所得涂层提升隔离膜的耐热性能，导离子性能和保液性能。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，按照质量百分比包括以下物质：
优选所述石榴石结构物质为Li0.33La0.56TiO2、Li2La3Zr2O12或者Li2LaGeO4中的一种或者几种。本发明利用石榴石结构物质提升涂层整体的导离子性，有较高的吸液及保液功能，可有效改善隔膜的保液性。
优选所述含铝化合物为氧化铝或氢氧化铝。其中含铝化合物作用在于提升隔离膜的耐热性能；氧化铝作为陶瓷材料，有致密的立体网状结构，受热时，结构依旧稳定，不因受热而变形；同时，氧化铝混合聚合物粘结剂，通过吸附的方式，嵌入到隔离膜孔隙中，起到支撑隔离膜骨架的作用；石榴石结构物质分散于含铝化合物之中，其结构同样为网状结构，受热时结构稳定；石榴石结构物质致密度更高，更容易嵌入隔离膜孔隙中，一方面可以更好的支撑隔离膜不受温度的影响，另一方面，其结构稳定，离子可快速在网状结构中穿梭，提升整体的导离子性。
优选所述分散剂为羧甲基纤维素钠，分散剂KD-1，聚丙烯酰胺，十二烷基硫酸钠，聚乙二醇中的一种或几种。
优选所述粘结剂为橡胶、聚烯烃、氟化橡胶、聚氨酯、聚偏氟乙烯中的一种或几种。本发明中最优选粘结剂为聚偏氟乙烯，此物质为正极粘结剂，用于隔离膜涂层中可使隔膜与正极间粘结更牢靠；其余物质可替代聚偏氟乙烯。
优选所述溶剂为水。
优选组合物浆料涂覆厚度为2μm至6μm。本发明中膜层涂覆太薄，无法完整覆盖隔离膜，达不到增加浸润、保液及提升导离子能力的作用；涂覆太厚，增加电池整体厚度，降低了电池整体体积能量密度，不符合电池发展需求。
优选隔离膜为聚乙烯膜隔离膜、聚丙烯隔膜或聚乙烯/聚丙烯混合隔膜中的一种。
通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明组合物所得浆料于隔离膜表面涂覆干燥成涂层，含铝化合物和石榴石结构物质混合聚合物粘结剂通过吸附的方式嵌入到隔离膜通孔，涂层浆料随着粘结剂吸附至隔离膜的孔内，涂层干燥后嵌入孔中的浆料形成与涂层一体结构的铆接点，涂层通过整个平面均匀分布的铆接点将隔离膜固定在涂层，将整个隔离膜的形变通过相邻铆接点的配合转化为隔离膜小区域的结构定形，防止隔离膜整体遇热发生卷曲或者是收缩；
涂层中石榴石结构物质分散于铝化合物之中，石榴石结构物质致密度更高，粒径小，更容易嵌入隔离膜孔隙，配合含铝氧化物支撑隔离膜不受温度的影响发生形变，有效保证涂层与隔离膜的结合并支撑隔离膜，结构稳定；其结构同样为网状结构，受热时结构稳定，热缩率显著降低；另一方面离子可快速在石榴石结构物质所在的网状结构中穿梭，提升整体的导离子性；
本发明所得组合物利于提高电池性能。
从而实现本发明的上述目的。
附图说明
图1是本发明涉及的隔离膜与涂层结合的剖面结构示意图；
图2是图1中A处放大图。
图中：
涂层1；铆接点11；隔离膜2；通孔21。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例公开一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，按照质量百分比包括1％Li0.33La0.56TiO2、40％氧化铝、5％羧甲基纤维素钠、5％聚偏氟乙烯和49％纯水；
浆料搅拌工艺为：第一步加入溶剂、石榴石结构物质LLTO、含铝化合物以及分散剂；搅拌30min，搅拌速度5000r/min，第二部加入粘结剂，搅拌60min，搅拌速度3000r/min；
将以上配方搅拌后，涂覆于PE隔离膜上，厚度2μm。
实施例2
本实施例中涂层浆料按照质量百分比包括：2％Li2La3Zr2O12、35％氢氧化铝、4％羧甲基纤维素钠、4％聚偏氟乙烯和55％纯水。
搅拌工艺同实施例1，将以上配方搅拌后，涂覆于PE隔离膜上，厚度3μm。
实施例3
本实施例中涂层浆料按照质量百分比包括：3％Li2LaGeO4、30％氧化铝、3％羧甲基纤维素钠、3％聚偏氟乙烯和61％纯水。
搅拌工艺同实施例1，将以上配方搅拌后，涂覆于PE隔离膜上，厚度4μm
实施例4
本实施例中涂层浆料按照质量百分比包括4％Li2La3Zr2O12、25％氢氧化铝、2％羧甲基纤维素钠、2％聚偏氟乙烯和67％纯水。
搅拌工艺同实施例1，将以上配方搅拌后，涂覆于PE隔离膜上，厚度：5μm
实施例5
本实施例中涂层浆料按照质量百分比包括5％Li2La3Zr2O12、20％氧化铝、1％羧甲基纤维素钠、1％聚偏氟乙烯和73％纯水。
搅拌工艺同实施例1，将以上配方搅拌后，涂覆于PE隔离膜上，厚度6μm
将未进行涂覆的PE膜与实施例1至5有涂层的隔离膜分别进行性能测试，具体的测试结果详见表1所示，具体的测试方法如下：
热收缩测试
此测试检测隔离膜耐热性:去10*10cm隔离膜，放热烤箱中，140℃下，烘烤1h，根据烘烤后尺寸计算热缩率；
保液量测试
娶30*10cm隔离膜，浸泡到电解液中，2h后，称重，对比浸泡前后隔离膜重量，计算保液量；
离子电导率测试
取对比例与实施例的隔离膜，制作扣电，用电化学工作站测试隔离膜离子电导率。
表1实施例1至5与对比例隔离膜的性能指标列表
| 项目 | 热缩率(％) | 保液量(mg/cm<sup>2</sup>) | 离子电导率(S/cm) |
| 实施例1 | 0.5 | 4.80 | 3.12x10<sup>-3</sup> |
| 实施例2 | 0.7 | 5.76 | 3.27x10<sup>-3</sup> |
| 实施例3 | 0.6 | 6.72 | 3.58x10<sup>-3</sup> |
| 实施例4 | 0.8 | 7.68 | 4.01x10<sup>-3</sup> |
| 实施例5 | 0.9 | 8.64 | 5.24x10<sup>-3</sup> |
| 对比例 | 2 | 3.48 | 1.02x10<sup>-3</sup> |
本发明组合物所得浆料于隔离膜表面涂覆干燥成涂层1，含铝化合物和石榴石结构物质混合聚合物粘结剂通过吸附的方式嵌入到隔离膜2的通孔21，如图1和图2所示，涂层浆料随着粘结剂吸附至隔离膜2的通孔21内，涂层干燥后嵌入孔中的浆料形成与涂层1一体结构的铆接点11，涂层1通过整个平面均匀分布的铆接点11将隔离膜2固定在膜层，将整个隔离膜的形变通过相邻铆接点的配合转化为隔离膜小区域的结构定形，防止隔离膜整体遇热发生卷曲或者是收缩；涂层中石榴石结构物质分散于铝化合物之中，石榴石结构物质致密度更高，粒径小，更容易嵌入隔离膜孔隙，配合含铝氧化物支撑隔离膜不受温度的影响发生形变，有效保证涂层与隔离膜的结合并支撑隔离膜，结构稳定；其结构同样为网状结构，受热时结构稳定，热缩率显著降低；另一方面离子可快速在石榴石结构物质所在的网状结构中穿梭，提升整体的导离子性。
结合表1性能可知，含铝化合物含量影响隔离膜的耐热性能，含铝化合物成分越多，隔离膜耐热性能越好；含石榴石结构物质的含量影响隔离膜的保液量与离子电导率，隔离膜的保液量与离子电导率随石榴石结构物质占比增加而增加。
对比以上数据，本发明提出的隔离膜涂层应用于隔离膜后，大大提升了隔离膜的耐热性、保液量以及离子电导率，此发明有助于制作出高性能的锂离子电池。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (8)
1.一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，其特征在于：
按照质量百分比包括以下物质：
2.如权利要求1所述的一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，其特征在于：所述石榴石结构物质为Li0.33La0.56TiO2、Li2La3Zr2O12或者Li2LaGeO4中的一种或者几种。
3.如权利要求1所述的一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，其特征在于：所述含铝化合物为氧化铝或氢氧化铝。
4.如权利要求1所述的一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，其特征在于：所述分散剂为羧甲基纤维素钠，分散剂KD-1，聚丙烯酰胺，十二烷基硫酸钠，聚乙二醇中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，其特征在于：所述粘结剂为橡胶、聚烯烃、氟化橡胶、聚氨酯、聚偏氟乙烯中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，其特征在于：所述溶剂为水。
7.如权利要求1所述的一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，其特征在于：组合物浆料涂覆厚度为2μm至6μm。
8.如权利要求1所述的一种改善隔离膜热稳定性的涂层组合物，其特征在于：隔离膜为聚乙烯膜隔离膜、聚丙烯隔膜或聚乙烯/聚丙烯混合隔膜中的一种。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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