CN114497444B - 锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料及其制备方法，包括以下步骤：S1、将粘结剂Ⅰ和溶剂按照一定比例加入一搅拌罐中混合均匀，制备成固体含量百分比为3‑20％的胶液Ⅰ；S2、将粘结剂Ⅱ和溶剂按照一定比例加入另一搅拌罐中混合均匀，制备成固体含量百分比为1‑10％的胶液Ⅱ；S3、将陶瓷粉加入到胶液Ⅱ中，混合均匀，得到混合液Ⅲ；S4、将胶液Ⅰ加入混合液Ⅲ中，混合均匀，得到陶瓷浆料IV；S5、将所述陶瓷浆料持续搅拌消泡，过筛，得到所述锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料。该制备方法可提升陶瓷粉在陶瓷浆料中的分散效果，可以很好地涂覆在极片上，提升电池的安全性能。

Description

锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料及其制备方法。

背景技术

能源问题不容小觑，新能源电池的研究一直热度很高，具有广阔的发展前景，其中锂电池因其能量密度高、无污染等特点，作为新能源汽车动力的应用市场逐步扩大。

极片作为锂电池的主要组成部件之一，其安全性能是电池设计时需要重点考虑的因素。极片涂覆陶瓷粉涂层是电池行业内通用的提升电池安全性能的方法，陶瓷浆料的分散均匀性和稳定性对涂覆效果有重大的影响，从而影响电池的安全性能。

由此，需要一种新的锂离子电池极片保护涂层及其制备方法，以提高电池的安全性能。

发明内容

为此，本发明的目的是提供一种锂离子电池极片保护涂层及其制备方法，尤其提供了一种锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料的匀浆工艺，采用该工艺制备的浆料具有良好的分散性和稳定性，可以很好地涂覆在极片上，提升电池的安全性能。

本发明提供了一种锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将粘结剂Ⅰ和第一溶剂按照一定比例加入一搅拌罐中混合均匀，制备成固体含量百分比为3-20％的胶液Ⅰ；

S2、将粘结剂Ⅱ和第二溶剂按照一定比例加入另一搅拌罐中混合均匀，制备成固体含量百分比为1-10％的胶液Ⅱ；

S3、将陶瓷粉加入到胶液Ⅱ中，混合均匀，得到混合液Ⅲ；

S4、将胶液Ⅰ加入混合液Ⅲ中，混合均匀，得到陶瓷浆料IV；

S5、将所述陶瓷浆料持续搅拌消泡，过筛，得到所述锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料。

其中，所述步骤S4中，所得到的陶瓷浆料IV的固体含量百分比为28-34％。

其中，所述第一溶剂和/或第二溶剂包括NMP(N-甲基吡咯烷酮)。

其中，所述粘结剂Ⅰ为分子量≤100万的PVDF(聚偏氟乙烯)，所述粘结剂Ⅱ为分子量≥120万的PVDF(聚偏氟乙烯)。

其中，所述陶瓷粉包括但不限于氧化铝粉末、勃姆石粉末、二氧化硅粉末、硫酸钡粉末，所述陶瓷粉的细度＜3μm。

其中，所述步骤S1中，包括以下步骤：

S101、将全部的第一溶剂和一部分粘结剂I加入到搅拌罐中，进行第一搅拌；

S102、进行第二搅拌；

S103、加入剩余的粘结剂I，进行第三搅拌，刮料，

S104、进行第四搅拌，制成胶液I。

其中，所述步骤S101中，所述一部分粘结剂I占全部粘结剂I用量的40-80％。

其中，所述步骤S101中，所述搅拌罐为双行星搅拌罐。

其中，所述步骤S101中，所述第一搅拌为以15-45rpm的公转速度搅拌1-20分钟。

其中，所述步骤S102中，所述第二搅拌为以20-50rpm的公转速度和1500-5000rpm的分散速度搅拌10-30分钟。

其中，所述步骤S103中，所述剩余的粘结剂I占全部粘结剂I用量的20-60％。

其中，所述步骤S103中，所述第三搅拌为以15-45rpm的公转速度搅拌1-20分钟。

其中，所述步骤S104中，所述第四搅拌为以20-50rpm的公转速度和1500-5000rpm的分散速度搅拌120-240分钟。

其中，所述步骤S104中，保持搅拌罐内部的真空度≤-90kPa，搅拌罐内部温度≤50℃。

其中，所述步骤S2中，包括以下步骤：

S201、将全部的第二溶剂和全部的粘结剂II加入到搅拌罐中，进行第五搅拌，刮料；

S202、进行第六搅拌，制备成胶液Ⅱ。

其中，所述步骤S201中，所述搅拌罐为双行星搅拌罐。

其中，所述步骤S201中，所述第五搅拌为以15-45rpm的公转速度搅拌1-20分钟。

其中，所述步骤S202中，所述第六搅拌为以20-50rpm的公转速度和1500-5000rpm的分散速度搅拌60-180分钟。

其中，所述步骤S202中，保持搅拌罐内部的真空度≤-90kPa，搅拌罐内部温度≤50℃。

其中，所述步骤S3中，包括以下步骤：

S301、将一部分陶瓷粉加入含有胶液II的搅拌罐中，进行第七搅拌；

S302、进行第八搅拌，刮料；

S303、再加入剩余的陶瓷粉，进行第九搅拌；

S304、进行第十搅拌，刮料；

S305、进行第十一搅拌，制备成混合液Ⅲ；

S306、测试混合液Ⅲ的粘度、细度。

其中，所述步骤S301中，所述一部分陶瓷粉占全部陶瓷粉用量的30-70％。

其中，所述步骤S301中，所述第七搅拌为以15-45rpm的公转速度搅拌1-5分钟。

其中，所述步骤S302中，所述第八搅拌为以15-45rpm的公转速度、500-1000rpm的分散速度搅拌1-10分钟。

其中，所述步骤S303中，所述剩余的陶瓷粉占全部陶瓷粉用量的30-70％。

其中，所述步骤S303中，所述第九搅拌为以15-45rpm的公转速度搅拌1-5分钟。

其中，所述步骤S304中，所述第十搅拌为以15-45rpm的公转速度、500-1000rpm的分散速度搅拌1-10分钟。

其中，所述步骤S305中，所述第十一搅拌为以20-50rpm的公转速度和1500-5000rpm的分散速度搅拌90-240分钟。

其中，所述步骤S305中，保持搅拌罐内部的真空度≤-90kPa，搅拌罐内部温度≤50℃。

其中，所述步骤S4中，包括以下步骤：

S401、将全部的胶液Ⅰ加入混合液Ⅲ中；

S402、进行第十二搅拌，得到所述陶瓷浆料IV。

其中，所述步骤S402中，所述第十二搅拌为以15-45rpm的公转速度、1500-5000rpm的分散速度搅拌60-180分钟。

其中，所述步骤S402中，保持搅拌罐内部的真空度≤-90kPa，搅拌罐内部温度≤50℃。

其中，所述步骤S5中，包括以下步骤：

S501、进行第十三搅拌；

S502、过滤浆料，转移至中转罐中存储；

S503、浆料在中转罐中保持以5-15rpm的公转速度搅拌，保持中转罐内部的真空度≤-90kPa。

其中，所述步骤S501中，所述第十三搅拌为以5-15rpm的公转速度搅拌20-60分钟，保持搅拌罐内部的真空度≤-90kPa。

其中，所述步骤S502中，所述过滤为用100-200目的筛网进行过滤。

本发明还提供了由上述陶瓷浆料的制备方法所制备得到的锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料，其中，按质量百分比计，所述陶瓷浆料中的固体含量百分比为28％-34％。粘结剂总量(即粘结剂Ⅰ与粘结剂Ⅱ的总含量)为陶瓷浆料中的固体总量的10％-12％，陶瓷粉含量为陶瓷浆料中的固体总量的88％-90％。

本发明还提供了一种锂离子电池极片，其含有上述锂离子电池极片保护涂层。

本发明还提供了一种锂离子电池，其含有上述锂离子电池极片。

由此，本发明具有以下有益技术效果：

本发明提供的极片保护涂层陶瓷浆料的匀浆工艺，可提升陶瓷粉的分散效果，可以很好地涂覆在极片上，提升电池的安全性能。

附图的简要说明

图1为本发明的锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述。但应理解这些实施例仅用于说明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种锂电池极片的保护涂层浆料按重量百分比组成如下：粘结剂Ⅰ6％，粘结剂Ⅱ6％，陶瓷粉88％，溶剂为总物质的67.64％。包括以下步骤：

S1、将粘结剂Ⅰ和溶剂按照一定比例加入搅拌罐中混合均匀，制备成固含量为6％的胶液Ⅰ；具体包括：

S101、将100％的溶剂和50％的粘结剂Ⅰ加入到双行星搅拌罐中，以30rpm的公转速度搅拌10分钟；

S102、35rpm的公转速度和3500rpm的分散速度搅拌30分钟；

S103、加入剩余的50％的粘结剂I，以30rpm的公转速度搅拌10分钟，刮料；

S104、以35rpm的公转速度和3500rpm的分散速度搅拌240分钟，制备成胶液Ⅰ。

在S104中，搅拌罐内部的真空度为-90kPa，搅拌罐内部温度30℃。

S2、将粘结剂Ⅱ和溶剂按照一定比例加入搅拌罐中混合均匀，制备成固含量为6％的胶液Ⅱ；具体包括：

S201、将100％的溶剂和100％的粘结剂II加入到双行星搅拌罐中，以30rpm的公转速度搅拌10分钟，刮料；

S202、以35rpm的公转速度和3500rpm的分散速度搅拌120分钟，制备成胶液Ⅱ。

在S202中，搅拌罐内部的真空度为-90kPa，搅拌罐内部温度30℃。

S3、将陶瓷粉加入到胶液Ⅱ中，混合均匀，得到混合液Ⅲ；具体包括：

S301、将50％的陶瓷粉加入含有胶液II的搅拌罐中，搅拌公转速度为30rpm，搅拌5分钟；

S302、以35rpm的公转速度，1000rpm的分散速度搅拌10分钟，刮料；

S303、将剩余的50％的陶瓷粉，搅拌公转速度为30rpm，搅拌5分钟；

S304、以35rpm的公转速度，1000rpm的分散速度搅拌10分钟，刮料；

S305、以35rpm的公转速度和3500rpm的分散速度搅拌120分钟，制备成混合液Ⅲ；

S306、测试混合液Ⅲ的粘度、细度。

在S305中，搅拌罐内部的真空度为-90kPa，搅拌罐内部温度30℃。

S4、将胶液Ⅰ加入混合液Ⅲ中，混合均匀，得到陶瓷浆料；具体包括：

S401、将100％的胶液Ⅰ加入混合液Ⅲ中；

S402、以35rpm的公转速度，3500rpm的分散速度搅拌120分钟

在S402中，搅拌罐内部的真空度为-90kPa，搅拌罐内部温度30℃。

S5、将陶瓷浆料持续搅拌消泡，过筛；具体包括：

S501、以15rpm的公转速度搅拌30分钟；

S502、用150目的筛网过滤浆料，转移至中转罐中存储；

S503、浆料在中转罐中保持15rpm的公转速度搅拌，中转罐内部的真空度-90kPa。

在S501中，搅拌罐内部的真空度-90kPa。

对比例1

一种锂电池极片的保护涂层浆料按重量百分比组成如下：粘结剂Ⅰ12％，陶瓷粉88％，溶剂为总物质的67.74％。包括以下步骤：

S1、将粘结剂Ⅰ和溶剂按照一定比例加入搅拌罐中混合均匀，制备成胶液Ⅰ；具体包括：

S101、将12.268kg溶剂和1kg粘结剂Ⅰ加入到双行星搅拌罐中，以30rpm的公转速度搅拌10分钟，刮料；

S102、加入4.24kg溶剂，并以35rpm的公转速度和3500rpm的分散速度搅拌240分钟，搅拌罐内部的真空度-90kPa，搅拌罐内部温度30℃；

S2、将陶瓷粉和溶剂按照一定比例加入含有胶液I的搅拌罐中混合均匀，制备成陶瓷浆料；具体包括：

S201、将3.667kg陶瓷粉加入搅拌罐中，以30rpm的公转速度搅拌10分钟，刮料；

S202、加入1.05kg溶剂和3.667kg陶瓷粉，以30rpm的公转速度搅拌10分钟，刮料；

S203、以35rpm的公转速度和3500rpm的分散速度搅拌60分钟，搅拌罐内部的真空度-90kPa，搅拌罐内部温度30℃。

S3、将陶瓷浆料持续搅拌消泡，过筛；具体包括：

S301、以5-15rpm的公转速度搅拌20-60分钟

S302、用100-200目的筛网过滤浆料，转移至中转罐中存储

S303、浆料在中转罐中保持5-15rpm的公转速度搅拌，中转罐内部的真空度-90kPa。

在S301中，搅拌罐内部的真空度-90kPa。

对比例2

一种锂电池极片的保护涂层浆料按重量百分比组成如下：粘结剂Ⅱ3.2％，陶瓷粉31％，溶剂为总物质量的67.1％。包括以下步骤：

S1、将粘结剂Ⅱ和溶剂按照一定比例加入搅拌罐中混合均匀，制备胶液；

S101、将5.526kg溶剂和0.356kg粘结剂Ⅱ加入到双行星搅拌罐中，以45rpm的公转速度和5000rpm的分散速度搅拌240分钟，制得胶液备用；

S2、将陶瓷粉和溶剂加入干净的搅拌罐中混合均匀，得到混合液；

S201、将1.705kg陶瓷粉和1.244kg溶剂加入搅拌罐中，以30rpm的公转速度搅拌10分钟

S202、以40rpm的公转速度和4500rpm的分散速度搅拌20分钟，搅拌罐内部的真空度-90kPa，搅拌罐内部温度30℃。

S3、将S1制得的胶液加入混合液中，得到陶瓷浆料

S301、称取S1中制得胶液2.551kg，加入搅拌罐内以20rpm的公转速度搅拌10分钟

S302、以45rpm的公转速度和5000rpm的分散速度搅拌60分钟，搅拌罐内部的真空度-90kPa，搅拌罐内部温度30℃。

S4、将陶瓷浆料持续搅拌消泡，过筛。

S401、以10rpm的公转速度搅拌60分钟

S402、用150目的筛网过滤浆料，转移至中转罐中存储

S403、浆料在中转罐中保持10rpm的公转速度搅拌，中转罐内部的真空度-90kPa

在S401中，搅拌罐内部的真空度-90kPa。

对比例3

一种锂电池极片的保护涂层浆料按重量百分比组成如下：粘结剂Ⅰ4.9％，陶瓷粉9.7％，溶剂为总物质量的67.86％。包括以下步骤：

S1、将粘结剂Ⅰ和溶剂按照一定比例加入搅拌罐中混合均匀，制备胶液；

S101、将3.259kg溶剂和0.248kg粘结剂Ⅰ加入到双行星搅拌罐中，以20rpm的公转速度搅拌5分钟，刮料；

S102、加入1.086kg溶剂至搅拌罐内，以公转30rpm和4000rpm的分散速度搅拌180min，搅拌罐内部的真空度-90kPa，搅拌罐内部温度30℃。

S2、将陶瓷粉和溶剂加入含有胶液的搅拌罐中混合均匀，得到浆料；

S201、将0.543kg溶剂加入搅拌罐中，以20rpm的公转速度搅拌5分钟，刮料；

S202、将1.16kg陶瓷粉加入搅拌罐中，以20rpm的公转速度搅拌5分钟

S203、以25rpm的公转速度和1000rpm的分散速度搅拌10分钟

S204、加入0.543kg溶剂，以20rpm的公转速度搅拌10分钟，刮料；

S205、将1.16kg陶瓷粉加入搅拌罐中，以20rpm的公转速度搅拌10分钟

S206、以30rpm的公转速度和4500rpm的分散速度搅拌120分钟，搅拌罐内部的真空度-90kPa，搅拌罐内部温度30℃。

S3、将陶瓷浆料持续搅拌消泡，过筛。

S301、以10rpm的公转速度搅拌60分钟

S302、用150目的筛网过滤浆料，转移至中转罐中存储

S303、浆料在中转罐中保持10rpm的公转速度搅拌，中转罐内部的真空度-90kPa

在S301中，搅拌罐内部的真空度-90kPa。

将以上实施例和对比例的浆料取样，测试浆料细度、粘度、固含量。浆料的测试数据如表1所示：

表1浆料性能测试结果

测试项目	实施例1	对比例1	对比例2	对比例3
					细度μm	≤5	≤5	≤5	≤10
粘度mpa·s	1505	2201	740	745
					固含量％	32.7	32.1	32.8	32.2

以上实施例制备的浆料在罐内状态、150目筛网过滤后的结果及成品电芯里陶瓷涂层脱落情况如表2所示。

表2浆料的分散性检验

从上表可以看出，实施例1和对比例1浆料状态较好，具有更好的分散性，但是对比例1较易被刮掉；而实施例1和对比例3不容易脱落，但是对比例3粘度过低。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将粘结剂Ⅰ和溶剂按照一定比例加入一搅拌罐中混合均匀，制备成固体含量百分比为3-20％的胶液Ⅰ；

S2、将粘结剂Ⅱ和溶剂按照一定比例加入另一搅拌罐中混合均匀，制备成固体含量百分比为1-10％的胶液Ⅱ；

S3、将陶瓷粉加入到胶液Ⅱ中，混合均匀，得到混合液Ⅲ；

S4、将胶液Ⅰ加入混合液Ⅲ中，混合均匀，得到陶瓷浆料IV；

S5、将所述陶瓷浆料持续搅拌消泡，过筛，得到所述锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料；

其中，所述粘结剂Ⅰ为分子量≤100万的聚偏氟乙烯，所述粘结剂Ⅱ为分子量≥120万的聚偏氟乙烯。

2.如权利要求1所述的陶瓷浆料的制备方法，其中，所述步骤S1中，包括以下步骤：

S101、将全部的溶剂和部分粘结剂I加入到一搅拌罐中，进行第一搅拌；

S102、进行第二搅拌；

S103、加入剩余的粘结剂I，进行第三搅拌，刮料，

S104、进行第四搅拌，制成胶液I。

3.如权利要求1所述的陶瓷浆料的制备方法，其中，所述步骤S2中，包括以下步骤：

S201、将全部的溶剂和全部的粘结剂II加入到另一搅拌罐中，进行第五搅拌，刮料；

S202、进行第六搅拌，制备成胶液Ⅱ。

4.如权利要求1所述的陶瓷浆料的制备方法，其中，所述步骤S3中，包括以下步骤：

S301、将一部分陶瓷粉加入胶液II中，进行第七搅拌；

S302、进行第八搅拌，刮料；

S303、再加入剩余的陶瓷粉，进行第九搅拌；

S304、进行第十搅拌，刮料；

S305、进行第十一搅拌，制备成混合液Ⅲ。

5.如权利要求1所述的陶瓷浆料的制备方法，其中，所述步骤S4中，包括以下步骤：

S401、将全部的胶液Ⅰ加入混合液Ⅲ中；

S402、进行第十二搅拌，得到所述陶瓷浆料IV。

6.如权利要求1所述的陶瓷浆料的制备方法，其中，

所述步骤S4中，所得到的陶瓷浆料IV的固体含量百分比为28-34％。

7.由如权利要求1-6任一所述的陶瓷浆料的制备方法所制备得到的锂离子电池极片保护涂层用陶瓷浆料，其中，按质量百分比计，所述陶瓷浆料中固体含量百分比为28％-34％；粘结剂总量为陶瓷浆料中固体总量的10％-12％，陶瓷粉含量为陶瓷浆料中固体总量的88％-90％。

8.一种锂离子电池极片保护涂层，其由如权利要求7所述的陶瓷浆料制备得到。

9.一种锂离子电池极片，其含有如权利要求8所述的锂离子电池极片保护涂层。

10.一种锂离子电池，其含有如权利要求9所述的锂离子电池极片。

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