CN113629350A

CN113629350A - 一种动力电池导热涂层隔膜及其制备方法

Info

Publication number: CN113629350A
Application number: CN202110900945.9A
Authority: CN
Inventors: 王汭; 曹安民
Original assignee: Dongguan Tafel New Energy Technology Co Ltd; Jiangsu Tafel New Energy Technology Co Ltd; Jiangsu Tafel Power System Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Zenio New Energy Battery Technologies Co Ltd
Priority date: 2021-08-06
Filing date: 2021-08-06
Publication date: 2021-11-09
Anticipated expiration: 2041-08-06
Also published as: CN113629350B

Abstract

本发明公开了一种动力电池导热涂层隔膜及其制备方法，包括基膜和涂覆于所述基膜上的涂层；其中，所述涂层包括石墨烯包覆物和溶剂；所述石墨烯包覆物的质量百分含量为20％～80％。本发明通过在隔膜的涂层中添加石墨烯包覆物，使得隔膜具有优秀的导热性能，从而使得动力电池在充放电过程中产生的热量迅速向外扩散，能有效改善动力电池散热问题，减少动力电池发生热失控的风险，具有较高的市场推广价值。

Description

一种动力电池导热涂层隔膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池导热涂层隔膜及其制备方法。

背景技术

随着工业的发展和科技的进步，汽车已成为人们日常出行生活中不可缺少的交通工具，实现了人们走的更远的梦想。

目前，因汽车尾气排放导致的全球环境污染加剧问题以及燃油的不可再生性引起了世界各国对于环境保护和节省不可再生能源的重视。为了加快电动汽车的普及，不少国家的政府已经出台了诸多大力扶持电动汽车的政策，这使得越来越多的汽车生产厂商开始从传统的燃油汽车转向电动汽车的研究以及生产。相信在不久的将来，电动汽车将会完全替代燃油汽车的位置。

电动汽车是以电力为动力，用电机驱动车轮行驶的汽车。动力电池作为电动汽车的核心部件，其充电时间的长短直接影响人们的用车体验，于是快充技术应运而生。不过，虽然快充技术意味着更短的充电时间，但同时也由于充电电流比常规充电时大很多，所以动力电池产生的热量也会更多且更明显。当过高的热量持续累积时，将会导致动力电池发生热失控，从而造成人身伤害或财产损失。

因此，如何改善动力电池在快充时的散热问题成为了本领域技术人员重点研究的课题之一。

以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。

发明内容

本发明提供一种动力电池导热涂层隔膜及其制备方法，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种动力电池导热涂层隔膜，包括基膜和涂覆于所述基膜上的涂层；其中，

所述涂层包括石墨烯包覆物和溶剂；

所述石墨烯包覆物的质量百分含量为20％～80％。

进一步地，所述动力电池导热涂层隔膜中，所述石墨烯包覆物包括石墨烯粉体和包覆在所述石墨烯粉体表面的金属氧化物。

进一步地，所述动力电池导热涂层隔膜中，所述氧化物通过碱性沉淀剂和金属盐或非金属酯类化合物混合，待沉淀后进行离心，陈化后，再在氮气氛围下脱水形成。

进一步地，所述动力电池导热涂层隔膜中，所述金属盐为AlCl3、Al2(SO4)3、Al(NO3)3、ZrCl3、ZrSO4、Zr(NO3)2中的任意一种；

所述非金属酯类化合物为原硅酸四乙酯。

进一步地，所述动力电池导热涂层隔膜中，所述石墨烯包覆物的涂层厚度为2-12um。

进一步地，所述动力电池导热涂层隔膜中，所述基膜的厚度为5-15um。

进一步地，所述动力电池导热涂层隔膜中，所述基膜为PE基膜、PP基膜、无纺布基膜中的任意一种。

进一步地，所述动力电池导热涂层隔膜中，所述涂层涂覆于所述基膜的其中一面或两面。

进一步地，所述动力电池导热涂层隔膜中，所述石墨烯粉体的粒径分布为200-500nm。

第二方面，本发明实施例提供一种动力电池导热涂层隔膜的制备方法，用于制备如上述第一方面所述的动力电池导热涂层隔膜，所述方法包括：

在金属盐或非金属酯类化合物中加入石墨烯粉体，得到混合溶液；

将碱性沉淀剂缓慢添加到所述混合溶液中并不断搅拌，待完全沉淀后将滤饼离心清洗，陈化；

将所述滤饼置于氮气氛围下脱水，得到石墨烯包覆物；

将得到的所述石墨烯包覆物溶于溶剂中并不断搅拌，得到均匀的溶液，其中，石墨烯包覆物的质量百分含量为20％～80％；

将搅拌完成的涂层溶液均匀涂覆于基膜上。

进一步地，所述动力电池导热涂层隔膜的制备方法中，所述陈化的条件为：陈化温度为40-60℃，陈化时间为24小时。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的一种动力电池导热涂层隔膜及其制备方法，通过在隔膜的涂层中添加石墨烯包覆物，使得隔膜具有优秀的导热性能，从而使得动力电池在充放电过程中产生的热量迅速向外扩散，能有效改善动力电池散热问题，减少动力电池发生热失控的风险，具有较高的市场推广价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例二提供的一种动力电池导热涂层隔膜的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

有鉴于现有技术存在的缺陷，本发明人基于从事该行业多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种切实可行的动力电池散热技术，使其更具有实用性。在经过不断的研究、设计并反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

本发明实施例公开的一种动力电池导热涂层隔膜，包括基膜和涂覆于所述基膜上的涂层；其中，

所述涂层包括石墨烯包覆物和溶剂；示例性的，所述溶剂选择NMP溶剂。

所述石墨烯包覆物的质量百分含量为20％～80％。

在本实施例中，所述石墨烯包覆物包括石墨烯粉体和包覆在所述石墨烯粉体表面的金属氧化物。

其中，所述石墨烯粉体的粒径分布为100-500nm，示例性的，所述石墨烯粉体的粒径分布为300nm。

优选的，所述金属氧化物通过碱性沉淀剂和金属盐或非金属酯类化合物混合，待沉淀后进行离心，陈化后，再在氮气氛围下脱水形成。

需要说明的是，在本实施例中，与碱性沉淀剂混合的金属盐或非金属酯类化合物比如可以是硅类、铝盐、锆盐中的任意一种；其中，硅类包括但不限于原硅酸四乙酯，铝盐包括但不限于AlCl3/Al2(SO4)3/Al(NO3)3等，锆盐包括但不限于ZrCl3/ZrSO4/Zr(NO3)2等，这类物质可以归结为能与碱性沉淀剂发生反应而能产生沉淀的化学物质。其中，碱性沉淀剂的选择也很多样，比如如果选择的是MgCl2溶液，则碱性沉淀剂选择NaOH溶液，或者如果选择的是原硅酸四乙酯溶液，则碱性沉淀剂选择氨水溶液。

在本实施例中，所述石墨烯包覆物的涂层厚度为2-10um。涂层厚度根据实际需求进行涂覆，示例性的，所述石墨烯包覆物的涂层厚度比如可以为3um。

所述基膜的厚度为5-15um。示例性的，比如可以为9um。另外，虽然在本实施例中，所述基膜选择的是PE基膜，但实际上基膜的选择包含但不限于PE类，还可以是PP基膜、无纺布基膜等。而且，基膜上也还可以有其它涂层，例如Al2O3/PVDF涂层等。

在本实施例中，所述涂层可以是涂覆于所述基膜的其中一面，或者是涂覆于所述基膜的两面，可根据实际需求做出选择。

为了对隔膜进行进一步地说明，本实施例列举如下的实验组(方案一至八)及对比组：

隔膜中的相关物质和参数如下：

动力电池的性能测试结果如下：

本发明实施例提供的一种动力电池导热涂层隔膜，通过在隔膜的涂层中添加石墨烯包覆物，使得隔膜具有优秀的导热性能，从而使得动力电池在充放电过程中产生的热量迅速向外扩散，能有效改善动力电池散热问题，减少动力电池发生热失控的风险，具有较高的市场推广价值。

实施例二

请参考附图1，本发明实施例提供一种动力电池导热涂层隔膜的制备方法，用于制备如本发明实施例一所述的动力电池导热涂层隔膜，所述方法包括如下步骤：

S101、在金属盐或非金属酯类化合物中加入石墨烯粉体，得到混合溶液。

需要说明的是，本实施例包含但不限于MgCl2、Mg(NO3)2、MgSO4、原硅酸四乙基酯，还可以是其它能产生沉淀的化学物质。

具体的，比如可以是将5g的石墨烯粉体加入15mL 1mol/L的MgCl2溶液中混合，或者是将5g的石墨烯粉体加入10mL的原硅酸四乙酯溶液中混合。

S102、将碱性沉淀剂缓慢添加到所述混合溶液中并不断搅拌，待完全沉淀后将滤饼离心清洗，陈化。

需要说明的是，碱性沉淀剂的目的是与能产生沉淀的化学物质发生反应，从而使能产生沉淀的化学物质产生金属沉淀物。另外，石墨烯粉体为金属沉淀物提供晶核，使得金属沉淀物可包覆在石墨烯粉体的表面。

在本实施例中，视具体选择的能产生沉淀的化学物质而选择的碱性沉淀剂而有所不同。比如如果选择的是15mL 1mol/L的MgCl2溶液，则碱性沉淀剂选择的是0.2mol/L的NaOH溶液，或者如果选择的是10mL的原硅酸四乙酯溶液，则碱性沉淀剂选择的是1mol/L的氨水溶液。

具体的，NaOH溶液添加到MgCl2溶液中时，可得到由Mg(OH)2包覆石墨烯粉体组成的滤饼，而氨水溶液添加到原硅酸四乙酯溶液中时，可得到由SiO2包覆石墨烯粉体组成的滤饼。

另外需要说明的是，为了使结构更加稳定，本实施例在对滤饼脱水前，还需要将滤饼进行陈化工艺。示例性的，比如需要在40-60℃条件下将滤饼陈化24h。

S103、将所述滤饼置于氮气氛围下脱水，得到石墨烯包覆物。

需要说明的是，氮气氛围选择的是60℃-80℃的氮气氛围，可根据实际需求对氮气氛围的具体温度及脱水时间做出选择，比如如果是SiO2包覆石墨烯粉体组成的滤饼进行脱水，则本实施例选择80℃的氮气氛围下，且脱水时间为1小时。

S104、将得到的所述石墨烯包覆物溶于溶剂中并不断搅拌，得到均匀的涂层溶液，其中，石墨烯包覆物的质量百分含量为20％～80％。

需要说明的是，所述溶剂是NMP溶剂，且所述石墨烯包覆物的质量百分含量为35％。

S105、将搅拌完成的涂层溶液均匀涂覆于基膜上。

需要说明的是，所述基膜的厚度为5-15um，示例性的，比如可以是9um。所述涂层溶液的涂覆厚度为2-10um，示例性的，比如可以为3um。

涂覆时，所述涂层溶液可以涂覆在所述基膜的单面，即其中一面上，也可以涂覆在所述基膜的两面上。所述涂层溶液中包含的石墨烯分体能有效改善动力电池散热问题，使电池温升降低约3-5℃，增加了隔膜的热稳定性。

当然，所述基膜上除了可以涂覆所述涂层溶液外，还可以有其它涂层，例如Al2O3/PVDF涂层等。

本发明实施例提供的一种动力电池导热涂层隔膜的制备方法，通过在隔膜的涂层中添加石墨烯包覆物，使得隔膜具有优秀的导热性能，从而使得动力电池在充放电过程中产生的热量迅速向外扩散，能有效改善动力电池散热问题，减少动力电池发生热失控的风险，具有较高的市场推广价值。

至此，以说明和描述的目的提供上述实施例的描述。不意指穷举或者限制本公开。特定的实施例的单独元件或者特征通常不受到特定的实施例的限制，但是在适用时，即使没有具体地示出或者描述，其可以互换和用于选定的实施例。在许多方面，相同的元件或者特征也可以改变。这种变化不被认为是偏离本公开，并且所有的这种修改意指为包括在本公开的范围内。

提供示例实施例，从而本公开将变得透彻，并且将会完全地将该范围传达至本领域内技术人员。为了透彻理解本公开的实施例，阐明了众多细节，诸如特定零件、装置和方法的示例。显然，对于本领域内技术人员，不需要使用特定的细节，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而且两者都不应当解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，不对公知的工序、公知的装置结构和公知的技术进行详细地描述。

在此，仅为了描述特定的示例实施例的目的使用专业词汇，并且不是意指为限制的目的。除非上下文清楚地作出相反的表示，在此使用的单数形式“一个”和“该”可以意指为也包括复数形式。术语“包括”和“具有”是包括在内的意思，并且因此指定存在所声明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或额外地具有一个或以上的其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非明确地指示了执行的次序，在此描述的该方法步骤、处理和操作不解释为一定需要按照所论述和示出的特定的次序执行。还应当理解的是，可以采用附加的或者可选择的步骤。

当元件或者层称为是“在……上”、“与……接合”、“连接到”或者“联接到”另一个元件或层，其可以是直接在另一个元件或者层上、与另一个元件或层接合、连接到或者联接到另一个元件或层，也可以存在介于其间的元件或者层。与此相反，当元件或层称为是“直接在……上”、“与……直接接合”、“直接连接到”或者“直接联接到”另一个元件或层，则可能不存在介于其间的元件或者层。其他用于描述元件关系的词应当以类似的方式解释(例如，“在……之间”和“直接在……之间”、“相邻”和“直接相邻”等)。在此使用的术语“和/或”包括该相关联的所罗列的项目的一个或以上的任一和所有的组合。虽然此处可能使用了术语第一、第二、第三等以描述各种的元件、组件、区域、层和/或部分，这些元件、组件、区域、层和/或部分不受到这些术语的限制。这些术语可以只用于将一个元件、组件、区域或部分与另一个元件、组件、区域或部分区分。除非由上下文清楚地表示，在此使用诸如术语“第一”、“第二”及其他数值的术语不意味序列或者次序。因此，在下方论述的第一元件、组件、区域、层或者部分可以采用第二元件、组件、区域、层或者部分的术语而不脱离该示例实施例的教导。

空间的相对术语，诸如“内”、“外”、“在下面”、“在……的下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，在此可出于便于描述的目的使用，以描述如图中所示的一个元件或者特征和另外一个或多个元件或者特征之间的关系。空间的相对术语可以意指包含除该图描绘的取向之外该装置的不同的取向。例如如果翻转该图中的装置，则描述为“在其他元件或者特征的下方”或者“在元件或者特征的下面”的元件将取向为“在其他元件或者特征的上方”。因此，示例术语“在……的下方”可以包含朝上和朝下的两种取向。该装置可以以其他方式取向(旋转90度或者其他取向)并且以此处的空间的相对描述解释。

Claims

1.一种动力电池导热涂层隔膜，其特征在于，包括基膜和涂覆于所述基膜上的涂层；其中，

所述涂层包括石墨烯包覆物和溶剂；

所述石墨烯包覆物的质量百分含量为20％～80％。

2.根据权利要求1所述的动力电池导热涂层隔膜，其特征在于，所述石墨烯包覆物包括石墨烯粉体和包覆在所述石墨烯粉体表面的金属氧化物。

3.根据权利要求2所述的动力电池导热涂层隔膜，其特征在于，所述氧化物通过碱性沉淀剂和金属盐或非金属酯类化合物混合，待沉淀后进行离心，陈化后，再在氮气氛围下脱水形成。

4.根据权利要求3所述的动力电池导热涂层隔膜，其特征在于，所述金属盐为AlCl3、Al2(SO4)3、Al(NO3)3、ZrCl3、ZrSO4、Zr(NO3)2中的任意一种；

所述非金属酯类化合物为原硅酸四乙酯。

5.根据权利要求1所述的动力电池导热涂层隔膜，其特征在于，所述石墨烯包覆物的涂层厚度为2-10um。

6.根据权利要求1所述的动力电池导热涂层隔膜，其特征在于，所述基膜的厚度为5-15um。

7.根据权利要求1所述的动力电池导热涂层隔膜，其特征在于，所述基膜为PE基膜、PP基膜、无纺布基膜中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的动力电池导热涂层隔膜，其特征在于，所述涂层涂覆于所述基膜的其中一面或两面。

9.根据权利要求2所述的动力电池导热涂层隔膜，其特征在于，所述石墨烯粉体的粒径分布为200-500nm。

10.一种动力电池导热涂层隔膜的制备方法，用于制备如权利要求1～9中任一项所述的动力电池导热涂层隔膜，其特征在于，所述方法包括：

将所述滤饼置于氮气氛围下脱水，得到石墨烯包覆物；

将得到的所述石墨烯包覆物溶于溶剂中并不断搅拌，得到均匀的涂层溶液，其中，石墨烯包覆物的质量百分含量为20％～80％；

将搅拌完成的涂层溶液均匀涂覆于基膜上。

11.根据权利要求10所述的动力电池导热涂层隔膜的制备方法，其特征在于，所述陈化的条件为：陈化温度为40-60℃，陈化时间为24小时。