CN114231105A - 低水分高绝缘锂离子电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低水分高绝缘锂离子电池隔膜及其制备方法，锂离子电池隔膜采用涂布浆料涂覆而成，涂布浆料的制备方法包括以下步骤：将分散剂、水和泡沫玻璃混合均匀，超声，加入胶黏剂的同时在真空状态下混合均匀，得到所述涂布浆料，本发明在隔膜表面使用泡沫玻璃改性，使锂离子电池隔膜在具有良好的热稳定性的同时其绝缘性能提升并且水含量减少，增强锂离子电池隔膜的抗击穿能力，增加锂离子电池循环倍率及安全性能，而且由于泡沫玻璃不易与其他物质反应，与大部分酸、碱不起化学反应，并且分散性好，其颗粒均匀覆盖在隔膜表面，具有较强的耐热性，高绝缘性，从而提高锂离子电池的安全性、循环倍率和电池容量，减少锂离子电池的内阻。

Description

低水分高绝缘锂离子电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明属于电池隔膜技术领域，具体来说涉及一种低水分高绝缘锂离子电池隔膜及其制备方法。
背景技术
随着环境问题日益严峻，越来越多新能源项目受到社会关注，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使用寿命等既是科研重点，更是人们关注的重点，而锂电池隔膜在其中扮演着重要角色。
基于以上，锂离子电池的安全性以及使用寿命成为人们更多关注的焦点，常规的锂离子电池隔膜为PP或PE隔膜，有耐热性低，浸润性低等缺点，通过普通无机陶瓷(氧化铝、勃姆石、氧化硅等)涂布隔膜其耐热性、浸润性改善，但水含量会大大提高，会导致电池中电解质锂盐分解，锂离子电池的化学特性如容量、内阻、产品特性等都会产生较为明显的恶化，同时对于电池安全性能有影响。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种涂布浆料的制备方法。
本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的涂布浆料。
基于涂布浆料，本发明的另一目的是提供制备低水分高绝缘锂离子电池隔膜的方法。
本发明的另一目的是提供上述方法获得的锂离子电池隔膜。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种涂布浆料的制备方法，包括以下步骤：
将分散剂、水和泡沫玻璃混合均匀，超声，加入胶黏剂的同时在真空状态下混合均匀，得到所述涂布浆料，其中，按质量份数计，所述分散剂、水、泡沫玻璃和胶黏剂的比为(0.1～0.5)：(76.5～89.9)：(5～10)：(5～8)。
在上述技术方案中，分散剂、水和泡沫玻璃混合均匀的搅拌转速为自转1500～3100r/min、公转20～50r/min，搅拌时间为10～20min。
在上述技术方案中，所述超声的频率为10～50kHz，超声的时间为10～20min。
在上述技术方案中，所述真空状态下混合均匀为以1000～3800r/min的自转转速、20～40r/min的公转转速搅拌并持续10～20min，同时以5～8kHz的超声频率超声。
在上述技术方案中，所述分散剂为聚丙烯酸铵，所述胶黏剂为丙烯酸酯共聚物。
在上述技术方案中，所述真空状态下混合均匀为处于0.06～0.08kPa真空度的环境中。
上述制备方法获得的涂布浆料。
一种制备低水分高绝缘锂离子电池隔膜的方法，包括以下步骤：
步骤1，涂布：将所述涂布浆料单面或双面涂布于PE膜上，得到隔离膜；
在所述步骤1中，涂布的速度为30～50m/min，涂布所形成涂层的厚度为2～5μm。
步骤2，烘干，得到锂离子电池隔膜。
在所述步骤2中，将所述隔离膜经牵引辊牵引进入烘干设备进行烘干。
在所述步骤2中，烘干的温度为50～70℃，烘干的时间为1～3min。
本发明在隔膜表面使用泡沫玻璃改性，使锂离子电池隔膜在具有良好的热稳定性的同时其绝缘性能也大大提升并且水含量减少，增强锂离子电池隔膜的抗击穿能力，增加锂离子电池循环倍率及安全性能，而且由于泡沫玻璃不易与其他物质反应，与大部分酸、碱不起化学反应，并且分散性好，其颗粒均匀覆盖在隔膜表面，具有较强的耐热性，高绝缘性，从而提高锂离子电池的安全性、循环倍率和电池容量，减少锂离子电池的内阻。
附图说明
图1为本发明实施例1所得的锂离子电池隔膜的SEM。
图2为对比例1所得的氧化铝锂离子电池隔膜的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。
本发明具体实施方式中使用的相关仪器设备如下：
具有超声波振荡功能的真空、高速分散、行星搅拌设备：XFZH-30L；
涂布机：东升1350型涂布机；
超声设备：昆山禾创KH2200型；
搅拌机：豪杰特30L型；
电气安全性能综合分析仪：AN9636HSF(击穿电压测试)；
梅特勒，TXM-300CM(水含量测试)。
本发明具体实施方式中使用的相关药品如下：
本发明实施例和对比例中用到的PE膜均为9μm厚；
泡沫玻璃：上海凯茵化工有限公司；
丙烯酸酯共聚物：上海三瑞高分子材料股份有限公司；
聚丙烯酸铵：德州瑞星净水原料有限公司。
实施例1
一种涂布浆料的制备方法，包括以下步骤：
在行星搅拌设备中，将分散剂、水和泡沫玻璃以自转3100r/min、公转20r/min的速度搅拌10min至均匀，然后在50kHz超声频率下，超声15min，得到混合液体，置于具有超声波振荡功能的真空、高速分散、行星搅拌设备中，在真空度0.07kPa的环境下，在混合液体中加入胶黏剂同时以1000r/min的自转转速、40r/min的公转转速搅拌并持续15min，同时，以5kHz的超声频率超声，得到涂布浆料，其中，按质量份数计，分散剂、水、泡沫玻璃和胶黏剂的比为0.2：89.8：5：5，分散剂为聚丙烯酸铵，胶黏剂为丙烯酸酯共聚物。
一种制备低水分高绝缘锂离子电池隔膜的方法，包括以下步骤：
步骤1，涂布：将PE膜置于装有涂布浆料的涂布机上进行单面涂布，得到隔离膜，其中，涂布的速度为30m/min，涂布所形成涂层的厚度为3μm。
步骤2，将隔离膜经牵引辊牵引进入烘干设备在50℃下烘干3min，得到锂离子电池隔膜。
实施例2
一种涂布浆料的制备方法，包括以下步骤：
在行星搅拌设备中，将分散剂、水和泡沫玻璃以自转2000r/min、公转30r/min的速度搅拌15min至均匀，然后在30kHz超声频率下，超声15min，得到混合液体，置于具有超声波振荡功能的真空、高速分散、行星搅拌设备中，在真空度0.07kPa的环境下，在混合液体中加入胶黏剂同时以2800r/min的自转转速、30r/min的公转转速搅拌并持续15min，同时以6kHz的超声频率超声，得到涂布浆料，其中，按质量份数计，分散剂、水、泡沫玻璃和胶黏剂的比为0.3：86.7：7：6，分散剂为聚丙烯酸铵，胶黏剂为丙烯酸酯共聚物。
一种制备低水分高绝缘锂离子电池隔膜的方法，包括以下步骤：
步骤1，涂布：将PE膜置于装有涂布浆料的涂布机上进行单面涂布，得到隔离膜，其中，涂布的速度为40m/min，涂布所形成涂层的厚度为3μm。
步骤2，将隔离膜经牵引辊牵引进入烘干设备在60℃下烘干2min，得到锂离子电池隔膜。
实施例3
一种涂布浆料的制备方法，包括以下步骤：
在行星搅拌设备中，将分散剂、水和泡沫玻璃以自转1500r/min、公转50r/min的速度搅拌20min至均匀，然后在50kHz超声频率下，超声15min，得到混合液体，置于具有超声波振荡功能的真空、高速分散、行星搅拌设备中，在真空度0.07kPa的环境下，在混合液体中加入胶黏剂同时以3800r/min的自转转速、20r/min的公转转速搅拌并持续15min，同时以8kHz的超声频率超声，得到涂布浆料，其中，按质量份数计，分散剂、水、泡沫玻璃和胶黏剂的比为0.5：81.5：10：8，分散剂为聚丙烯酸铵，胶黏剂为丙烯酸酯共聚物。
一种制备低水分高绝缘锂离子电池隔膜的方法，包括以下步骤：
步骤1，涂布：将PE膜置于装有涂布浆料的涂布机上进行单面涂布，得到隔离膜，其中，涂布的速度为50m/min，涂布所形成涂层的厚度为3μm。
步骤2，将隔离膜经牵引辊牵引进入烘干设备在70℃下烘干1min，得到锂离子电池隔膜。
对比例1
一种浆料的制备方法，包括以下步骤：
在行星搅拌设备中，将分散剂、水和氧化铝以自转3100r/min、公转20r/min的速度搅拌10min至均匀，然后在50kHz超声频率下，超声15min，得到混合液体，置于具有超声波振荡功能的真空、高速分散、行星搅拌设备中，在真空度0.07kPa的环境下，在混合液体中加入胶黏剂同时以1000r/min的自转转速、40r/min的公转转速搅拌10min，同时以8kHz的超声频率超声，得到浆料，其中，按质量份数计，分散剂、水、氧化铝和胶黏剂的比为0.2：89.8：5：5，分散剂为聚丙烯酸铵盐，胶黏剂为丙烯酸酯共聚物，氧化铝为D50：0.899μm、D90：1.603μm。
一种制备氧化铝锂离子电池隔膜的方法，包括以下步骤：
步骤1，涂布：将PE膜置于装有浆料的涂布机上进行单面涂布，得到隔离膜，其中，涂布的速度为30m/min，涂布所形成涂层的厚度为3μm。
步骤2，将隔离膜经牵引辊牵引进入烘干设备在50℃下烘干3min，得到氧化铝锂离子电池隔膜。
对实施例1～3所得锂离子电池隔膜以及对比例1所得氧化铝锂离子电池隔膜进行测试，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003405260350000051
将实施例1～3所得锂离子电池隔膜以及对比例1所得氧化铝锂离子电池隔膜分别组装成电池(型号：18650型锂离子电池)，正极材料：镍钴锰酸锂材料，负极材料：石墨，电解液中电解质为六氟磷酸锂，电解液中溶剂为莫杰斯研究院，型号LBE02溶剂，进行充放电测试测试，测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0003405260350000052
Figure BDA0003405260350000061
由表1的数据可知，实施例和对比例1相比，本发明实施例制备的锂离子电池隔膜水含量在300ppm左右，对比例1制备的氧化铝锂离子电池隔膜在600ppm左右，本发明降低了含水量；本发明实施例制备的锂离子电池隔膜击穿电压在2.7kV左右，对比例1制备的氧化铝锂离子电池隔膜击穿电压在2kV以下，本发明致密的结构同时也能有效的提升锂离子电池隔膜的绝缘性。
由表2的数据可知，实施例和对比例1相比，将本发明实施例制备的锂离子电池隔膜用于锂离子电池中，充放电效率更高。
由图1可知，玻璃微珠的颗粒分布均匀致密，加上材料本身具有的憎水特性，致密的分布能减少颗粒间水分的存积，进一步减少锂离子电池隔膜中的水分。
由图2可知，颗粒间分布较为松散，加之氧化铝本身的吸水性，会导致含水量增大，同时在绝缘性方面会小于本发明实施例所制备的锂离子电池隔膜。
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)

1.一种涂布浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将分散剂、水和泡沫玻璃混合均匀，超声，加入胶黏剂的同时在真空状态下混合均匀，得到所述涂布浆料，其中，按质量份数计，所述分散剂、水、泡沫玻璃和胶黏剂的比为(0.1～0.5)：(76.5～89.9)：(5～10)：(5～8)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，分散剂、水和泡沫玻璃混合均匀的搅拌转速为自转1500～3100r/min、公转20～50r/min，搅拌时间为10～20min。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超声的频率为10～50kHz，超声的时间为10～20min。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述真空状态下混合均匀为以1000～3800r/min的自转转速、20～40r/min的公转转速搅拌并持续10～20min，同时以5～8kHz的超声频率超声。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸铵，所述胶黏剂为丙烯酸酯共聚物。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述真空状态下混合均匀为处于0.06～0.08kPa真空度的环境中。
7.如权利要求1～6中任意一项所述制备方法获得的涂布浆料。
8.一种制备低水分高绝缘锂离子电池隔膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，涂布：将权利要求7所述的涂布浆料单面或双面涂布于PE膜上，得到隔离膜；
步骤2，烘干，得到锂离子电池隔膜。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，涂布的速度为30～50m/min，涂布所形成涂层的厚度为2～5μm。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，将所述隔离膜经牵引辊牵引进入烘干设备进行烘干；
在所述步骤2中，烘干的温度为50～70℃，烘干的时间为1～3min。
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