CN114188666A - 高耐热高绝缘锂电隔膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐热高绝缘锂电隔膜及其制备方法，高耐热高绝缘锂电隔膜包括：基膜以及涂覆在所述基膜上的所述高耐热锂电浆料。高耐热锂电浆料，由10～20质量份数的板状刚玉、71.5～84.9质量份数的水、5～8质量份数的胶黏剂和0.1～0.5质量份数的分散剂制备而成，其中，所述胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐。本发明在基膜表面使用板状刚玉改性，其主要成分为Al2O3占99.999％纯度高，可以有效提高电池在充放电过程中耐高温性。提升锂电池在充放电过程中耐高温性和夏季冬季耐急冷急热性，耐热冲击性以及提升隔膜的绝缘性。
Description
技术领域
本发明属于电池隔膜技术领域，具体来说涉及一种高耐热高绝缘锂电隔膜及其制备方法。
背景技术
随着环境问题日益严峻，越来越多新能源项目收到社会关注，其中电动汽车更是颇受青睐，锂离子电池作为电动汽车的动力源其安全性以及续航能力等是科研重点，作为离子电池的关键内层组件之一的隔膜，其性能决定电池的界面结构、内阻值，直接影响电池的容量、循环以及电池的安全性能。在离子电池中，隔膜吸取电解液后，可以防止短路，同时允许锂离子的传导；再过度充电或温度升高时，隔膜通过闭孔阻隔电流传导，防止爆炸。隔膜性能的优势决定着电池的容量、循环性能、充电电流密度等关键特性。热收缩性能表征隔膜的一项重要指标，同时也是关系电池安全性能的一项重要性能。
基于以上，锂离子电池的耐高温问题成为人们更多关注的焦点，常规的锂电池隔膜为PP隔膜，对于电池耐高热能力一般，短路率高、电池耐热震性低(材料抵抗温度的急变而不破坏的性能叫耐热震性)。常规隔膜制成的锂电池，在充放电、冬天低温、夏天高温等状态下会造成电池隔膜的热收缩异常，隔膜受热收缩，使收缩部分正负极接触、出现电池短路、电池起包，存在安全隐患。
隔膜绝缘性的好坏直接影响人们的生命财产安全，绝缘性差会导致电压直接击穿隔膜，使正负极直接接触，发生短路,起火爆炸等危害。一般情况下，基膜上的涂层厚度越厚绝缘越好，但是，较厚的涂层却会导致产品的质量体积增大，降低了使用性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高耐热高绝缘锂电隔膜的制备方法，该制备方法在基膜表面使用板状刚玉改性，可以有效提高电池耐热震性。
本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的高耐热高绝缘锂电隔膜。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种高耐热锂电浆料，由10～20质量份数的板状刚玉、71.5～84.9质量份数的水、5～8质量份数的胶黏剂和0.1～0.5质量份数的分散剂制备而成，其中，所述胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐。
在上述技术方案中，所述板状刚玉的D50为0.8～1.0微米、D90为0.9～2.0微米。
上述高耐热锂电浆料的制备方法，包括以下步骤：将板状刚玉、水和分散剂混合均匀，再在超声混合的条件下，加入所述胶黏剂，继续超声混合15～20min，得到高耐热锂电浆料。
在上述技术方案中，将板状刚玉、水和分散剂混合均匀的方法为：先将分散剂、水和板状刚玉在行星搅拌设备中共混10～20min，再超声15～20min即可，其中，超声的频率为10～50KHZ，共混时行星搅拌设备的自转速度为2000～3100r/min，公转速度为30～50r/min。
在上述技术方案中，所述超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，其中，行星搅拌设备的自转转速为2000～3800r/min，公转速度为30～40r/min，超声波的频率为5～8kHz。
一种高耐热高绝缘锂电隔膜，包括：基膜以及涂覆在所述基膜上的所述高耐热锂电浆料。
制备上述高耐热高绝缘锂电隔膜的方法，包括：在基膜上单面涂布所述高耐热锂电浆料，烘干，得到所述高耐热高绝缘锂电隔膜。
在上述技术方案中，烘干的时间为1～3min，温度为50～70℃。
在上述技术方案中，涂布的速度为30～50m/min。
在上述技术方案中，涂布所形成涂层的厚度为2～5μm。
本发明在基膜表面使用板状刚玉改性，其主要成分为Al2O3占99.999％纯度高，可以有效提高电池在充放电过程中耐高温性。提升锂电池在充放电过程中耐高温性和夏季冬季耐急冷急热性，耐热冲击性以及提升隔膜的绝缘性。
附图说明
图1为实施例1所得高耐热高绝缘锂电隔膜的SEM；
图2为实施例3所得高耐热高绝缘锂电隔膜的SEM；
图3为对比例所得锂电隔膜的的SEM。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
板状刚玉的主要成分为Al2O3，购买源自洛阳中超。
聚丙烯酸铵盐购买自天津塞普瑞。
丙烯酸酯购买自上海三瑞。
基膜为PE膜，厚度为12微米。
实施例1
一种高耐热锂电浆料，由15质量份数的板状刚玉、79.8质量份数的水、5质量份数的胶黏剂和0.2质量份数的分散剂制备而成，其中，胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐，板状刚玉的D50为0.876微米、D90为1.749微米。
上述高耐热锂电浆料的制备方法，包括以下步骤：先将分散剂、水和板状刚玉在行星搅拌设备中以3100r/min的自转速度、35r/min的公转速度共混10min，再以50KHZ的频率超声16min，再在超声混合的条件下，加入胶黏剂，继续超声混合17min，得到高耐热锂电浆料，其中，超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，行星搅拌设备的自转转速为2100r/min，公转速度为40r/min，超声波的频率为5kHz。
制备高耐热高绝缘锂电隔膜的方法，包括：采用涂布机在基膜上单面涂布高耐热锂电浆料，经牵引辊牵引进入烘干设备于50℃烘干3min，得到高耐热高绝缘锂电隔膜，其中，涂布的速度为30m/min，涂布所形成涂层的厚度为4μm。
实施例2
一种高耐热锂电浆料，由15质量份数的板状刚玉、78.7质量份数的水、6质量份数的胶黏剂和0.3质量份数的分散剂制备而成，其中，胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐，板状刚玉的D50为0.876微米、D90为1.749微米。
上述高耐热锂电浆料的制备方法，包括以下步骤：先将分散剂、水和板状刚玉在行星搅拌设备中以2000r/min的自转速度、30r/min的公转速度共混15min，再以30KHZ的频率超声17min，再在超声混合的条件下，加入胶黏剂，继续超声混合18min，得到高耐热锂电浆料，其中，超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，行星搅拌设备的自转转速为2800r/min，公转速度为30r/min，超声波的频率为6kHz。
制备高耐热高绝缘锂电隔膜的方法，包括：采用涂布机在基膜上单面涂布高耐热锂电浆料，经牵引辊牵引进入烘干设备于60℃烘干3min，得到高耐热高绝缘锂电隔膜，其中，涂布的速度为40m/min，涂布所形成涂层的厚度为3μm。
实施例3
一种高耐热锂电浆料，由15质量份数的板状刚玉、76.5质量份数的水、8质量份数的胶黏剂和0.5质量份数的分散剂制备而成，其中，胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐，板状刚玉的D50为0.876微米、D90为1.749微米。
上述高耐热锂电浆料的制备方法，包括以下步骤：先将分散剂、水和板状刚玉在行星搅拌设备中以2500r/min的自转速度、50r/min的公转速度共混20min，再以50KHZ的频率超声20min，再在超声混合的条件下，加入胶黏剂，继续超声混合20min，得到高耐热锂电浆料，其中，超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，行星搅拌设备的自转转速为3800r/min，公转速度为35r/min，超声波的频率为8kHz。
制备高耐热高绝缘锂电隔膜的方法，包括：采用涂布机在基膜上单面涂布高耐热锂电浆料，经牵引辊牵引进入烘干设备于70℃烘干1min，得到高耐热高绝缘锂电隔膜，其中，涂布的速度为50m/min，涂布所形成涂层的厚度为2μm。
对比例
一种锂电浆料，由15质量份数的常规氧化铝、78.7质量份数的水、6质量份数的胶黏剂和0.3质量份数的分散剂制备而成，其中，胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐。
上述锂电浆料的制备方法，包括以下步骤：先将分散剂、水和常规氧化铝在行星搅拌设备中以2000r/min的自转速度、30r/min的公转速度共混15min，再以30KHZ的频率超声17min，再在超声混合的条件下，加入胶黏剂，继续超声混合18min，得到锂电浆料，其中，超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，行星搅拌设备的自转转速为2800r/min，公转速度为30r/min，超声波的频率为6kHz。
制备锂电隔膜的方法，包括：采用涂布机在基膜上单面涂布锂电浆料，经牵引辊牵引进入烘干设备于60℃烘干3min，得到锂电隔膜，其中，涂布的速度为40m/min，涂布所形成涂层的厚度为3μm。
对实施例1～3得到的高耐热高绝缘锂电隔膜以及对比例获得的锂电隔膜进行测试，测试结果如表1所示。
表1
表1中的收缩率测试方法为：将高耐热高绝缘锂电隔膜/锂电隔膜从室温直接放入150℃的烘箱内1小时。由表1可知，本发明获得的高耐热高绝缘锂电隔膜150℃1H热收缩在3％以内，而对比例获得的锂电隔膜150℃1H热收缩在50-60％，本发明在不影响其他性能的情况下大大提升了隔膜耐热震性。
由表1可知，本发明获得的高耐热高绝缘锂电隔膜的击穿电压最高可达2.7KV左右，而锂电隔膜则只能达到1.41V，本发明在不影响其他性能的情况下大大提升了隔膜的绝缘性。
如图1和2所述ESM的宏观状态下，可以看出板状刚玉粒径的全貌，呈现类似板状，同时在基膜上大小分布均匀，能很好的粘接到隔膜上，又不会堵塞隔膜孔径，堆积更加密集且不影响离子通过率；形成良好的耐高温保护层，从而能够提高隔膜的耐热能力以及绝缘性能。而图3为对比例所得锂电隔膜的SEM，由图可知，其宏观状态下颗粒大小很不均匀，从而导致隔膜厚度、透气、离子电导率等一致性大大降低。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高耐热锂电浆料，其特征在于，由10～20质量份数的板状刚玉、71.5～84.9质量份数的水、5～8质量份数的胶黏剂和0.1～0.5质量份数的分散剂制备而成，其中，所述胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐。
2.根据权利要求1所述的高耐热锂电浆料，其特征在于，所述板状刚玉的D50为0.8～1.0微米、D90为0.9～2.0微米。
3.如权利要求1或2所述高耐热锂电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将板状刚玉、水和分散剂混合均匀，再在超声混合的条件下，加入所述胶黏剂，继续超声混合15～20min，得到高耐热锂电浆料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将板状刚玉、水和分散剂混合均匀的方法为：先将分散剂、水和板状刚玉在行星搅拌设备中共混10～20min，再超声15～20min即可，其中，超声的频率为10～50KHZ，共混时行星搅拌设备的自转速度为2000～3100r/min，公转速度为30～50r/min。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，其中，行星搅拌设备的自转转速为2000～3800r/min，公转速度为30～40r/min，超声波的频率为5～8kHz。
6.一种高耐热高绝缘锂电隔膜，其特征在于，包括：基膜以及涂覆在所述基膜上的权利要求1所述的高耐热锂电浆料。
7.制备权利要求6所述高耐热高绝缘锂电隔膜的方法，其特征在于，包括：在基膜上单面涂布权利要求1所述高耐热锂电浆料，烘干，得到所述高耐热高绝缘锂电隔膜。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，烘干的时间为1～3min，温度为50～70℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，涂布的速度为30～50m/min。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，涂布所形成涂层的厚度为2～5μm。
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