CN114497897B - 一种锂离子电池隔膜浆料及其制备方法、锂离子电池隔膜 - Google Patents
一种锂离子电池隔膜浆料及其制备方法、锂离子电池隔膜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114497897B CN114497897B CN202210062052.6A CN202210062052A CN114497897B CN 114497897 B CN114497897 B CN 114497897B CN 202210062052 A CN202210062052 A CN 202210062052A CN 114497897 B CN114497897 B CN 114497897B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium ion
- ion battery
- parts
- diaphragm
- psq
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 86
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 86
- 239000002002 slurry Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 55
- -1 acrylic ester Chemical class 0.000 claims abstract description 26
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims abstract description 12
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims abstract description 12
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 claims abstract description 12
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 14
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 claims description 9
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 claims description 9
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 8
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 7
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N methyltrimethoxysilane Chemical compound CO[Si](C)(OC)OC BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZNOCGWVLWPVKAO-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(phenyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C1=CC=CC=C1 ZNOCGWVLWPVKAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002706 AlOOH Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 3
- JJQZDUKDJDQPMQ-UHFFFAOYSA-N dimethoxy(dimethyl)silane Chemical compound CO[Si](C)(C)OC JJQZDUKDJDQPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N dimethyldichlorosilane Chemical compound C[Si](C)(Cl)Cl LIKFHECYJZWXFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C=C NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims description 3
- 229920000734 polysilsesquioxane polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims description 3
- 125000000547 substituted alkyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims description 3
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N triethoxy(methyl)silane Chemical compound CCO[Si](C)(OCC)OCC CPUDPFPXCZDNGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(phenyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C1=CC=CC=C1 JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N trimethoxysilane Chemical compound CO[SiH](OC)OC YUYCVXFAYWRXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 abstract description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 238000007756 gravure coating Methods 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004310 Ion Channels Human genes 0.000 description 1
- 229910002808 Si–O–Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N propylene glycol Substances CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960004063 propylene glycol Drugs 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Abstract
本发明揭示了一种锂离子电池隔膜浆料及其制备方法、锂离子电池隔膜，其中，一种锂离子电池隔膜浆料包括以下重量分的组分：聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)：2～20份，无机物颗粒：30～45份，丙烯酸酯粘结剂：4～10份，羧甲基纤维素钠：10～12份，聚氨酯类分散剂：0.01～0.20份，聚醚改性聚硅氧烷类助剂：0.01～0.20份，去离子水：30～45份；锂离子电池隔膜浆料的固含量为37～42wt％。本申请通过采用超细PSQ微球与无机物颗粒构建电池基膜的复合涂层，使得浆料具有优良的分散性，且浆料涂覆后的复合隔膜摩擦系数小，涂层表面光滑，有利于隔膜在锂离子电池卷绕装配过程中的卷芯与卷针分离，减少隔膜打皱、撕裂、边缘不齐等抽芯不良问题，降低锂离子电池发生内短路安全隐患的概率。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体地，涉及一种锂离子电池隔膜浆料及其制备方法、锂离子电池隔膜。
背景技术
随着科技的不断发展和社会的进步，能源危机逐步加深，人们的环保意识不断增加，新能源及环保低碳的电动汽车产业得到快速发展。锂离子电池因其优异的电化学性能及成熟的制备技术在众多类型的电池中脱颖而出，其作为一种常用的储能设备在人们日常生活中有着越来越广泛的应用。
锂离子电池核心材料由正极、负极、电解液、隔膜组成，其中隔膜在锂离子电池中将正负极隔开，允许锂离子自由通过而阻断电子导通，防止正负极短路。同时，多孔的隔膜吸收电解液，形成离子通道。隔膜直接对锂离子电池的安全性能及循环性能有重要影响。在现有技术中，广泛采用在聚烯烃隔膜两侧或单侧涂覆有机或无机物改善聚烯烃隔膜受热尺寸收缩大的问题。但是，涂覆后的隔膜表面粗糙度增加，在后续锂离子电池卷绕装配的过程中，易导致卷芯与卷针分离困难，卷芯出现隔膜打皱、撕裂、边缘不齐等抽芯不良问题，增大锂离子电池发生内短路安全隐患的概率，降低装配过程的良品率及生产效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池隔膜浆料及其制备方法、锂离子电池隔膜。
本发明公开的一种锂离子电池隔膜浆料，包括以下重量分的组分：
聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)：2～20份
无机物颗粒：30～45份
丙烯酸酯粘结剂：4～10份
羧甲基纤维素钠：10～12份
聚氨酯类分散剂：0.01～0.20份
聚醚改性聚硅氧烷类助剂：0.01～0.20份
去离子水：30～45份；
锂离子电池隔膜浆料的固含量为37～42wt％。
根据本发明一实施方式，聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)粒径D50为0.6～1.4μm，分子量为5*104～9*104g/mol。
根据本发明一实施方式，无机物颗粒为Al2O3、AlOOH、SiO2、TiO2、BaTiO3中的一种或多种。
根据本发明一实施方式，无机物颗粒粒径D50为0.5～1.0μm。
一种锂离子电池隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用水解缩合法制备聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)；
(2)称量好将聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)，无机物颗粒、丙烯酸酯粘结剂、羧甲基纤维素钠、聚氨酯类分散剂、聚醚改性聚硅氧烷类助剂以及去离子水，倒入搅拌机中搅拌混合，获得浆料。
根据本发明一实施方式，步骤(1)包括：
将烷氧基硅烷单体加入去离子水中搅拌分散均匀后，加入催化剂促进烷氧基硅烷单体的水解缩聚反应，水解缩聚反应完成后抽滤、洗涤及干燥得到PSQ微球，制备反应如下：
RxSi(OR1)(4-x)+H2O→RxSiO(4-x)/2 (Ⅰ)
式(Ⅰ)中，为甲基、苯基、氨基或取代烷基，R1为小分子烷基的脂肪链或芳香链。
根据本发明一实施方式，烷氧基硅烷单体为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、环氧丙氧三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、r-(2,3-环氧丙氧)三甲氧基硅烷中的两种或多种。
根据本发明一实施方式，催化剂为NH4OH或NaOH。
根据本发明一实施方式，烷氧基硅烷单体与去离子水的重量比为1:5～1:12。
一种锂离子电池隔膜，锂离子电池隔膜是通过将上述的锂离子电池隔膜浆料涂覆于聚烯烃基膜的一侧或双侧，干燥后制得。
本申请的有益效果在于：采用超细PSQ微球与无机物颗粒构建电池基膜的复合涂层，使得浆料具有优良的分散性，且浆料涂覆后的复合隔膜摩擦系数小，涂层表面光滑，有利于隔膜在锂离子电池卷绕装配过程中的卷芯与卷针分离，减少隔膜打皱、撕裂、边缘不齐等抽芯不良问题，降低锂离子电池发生内短路安全隐患的概率，提高装配过程的良品率及生产效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为隔膜A1-A3以及隔膜D1-D2的静摩擦系数均值对比图；
图2为实施例1中锂离子电池隔膜A1放大5000倍的SEM图；
图3为实施例1中锂离子电池隔膜A1放大20000倍的SEM图。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
一种锂离子电池隔膜浆料，包括以下重量分的组分：聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)：2～20份，无机物颗粒：30～45份，丙烯酸酯粘结剂：4～10份，羧甲基纤维素钠：10～12份，聚氨酯类分散剂：0.01～0.20份，聚醚改性聚硅氧烷类助剂：0.01～0.20份，去离子水：30～45份。锂离子电池隔膜浆料的固含量为37～42wt％。
优选的，PSQ微球粒径D50为0.6～1.4μm，分子量为5*104～9*104g/mol。PSQ微球属于有机-无机复合颗粒，其兼具有机和无机的特性，为三维立体网状球形超细粉体材料，PSQ微球具有SiO2无机化合物中的Si-O-Si结构单元，使其拥有良好的力学性能、耐热性及抗氧化性；同时其在微球内外部均含有大量的有机基团，从而使其具有优良的有机相容性。且PSQ微球为纳米-微米级，使得其在制备过程中尺寸易控。无机物颗粒为Al2O3、AlOOH、SiO2、TiO2、BaTiO3中的一种或多种；无机物颗粒粒径D50为0.5～1.0μm。
一种锂离子电池隔膜浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用水解缩合法制备PSQ微球；
(2)称量好PSQ微球，无机物颗粒、丙烯酸酯粘结剂、羧甲基纤维素钠、聚氨酯类分散剂、聚醚改性聚硅氧烷类助剂以及去离子水，倒入搅拌机中搅拌混合，获得浆料。
优选的，步骤(1)包括：
将烷氧基硅烷单体加入去离子水中搅拌分散均匀后，加入催化剂促进烷氧基硅烷单体的水解缩聚反应，水解缩聚反应完成后抽滤、洗涤及干燥得到PSQ微球，制备反应如下：
RxSi(OR1)(4-x)+H2O→RxSiO(4-x)/2 (Ⅰ)
式(Ⅰ)中，R为甲基、苯基、氨基或取代烷基，R1为小分子烷基的脂肪链或芳香链。
优选的，烷氧基硅烷单体为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、环氧丙氧三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、r-(2,3-环氧丙氧)三甲氧基硅烷中的两种或多种，采用两种或两种以上烷氧基硅烷单体共聚，提高PSQ微球的耐热性及有机溶剂中的耐溶剂性。催化剂为NH4OH或NaOH。进一步的，烷氧基硅烷单体与去离子水的重量比为1:5～1:12，搅拌时间为1～10min，搅拌速度为300～500rpm；催化剂调节溶液PH值范围为7～13；反应时间为1～5h，反应完成后静置1～3h；洗涤时的洗涤溶剂为去离子水；干燥为真空干燥8～20h，干燥温度为60～100℃。
在步骤(2)中，搅拌机的搅拌速度为400～600rpm，搅拌时间为2～4h。
本申请的制备方法简单，与现有工艺匹配度好，设备自动化程度高，适于工业化生产。
一种锂离子电池隔膜，其通过将上述的锂离子电池隔膜浆料涂覆于聚烯烃基膜的一侧或双侧，干燥后制得。
优选的，聚烯烃基膜为PP或PE单层或多层复合基膜；干燥温度为40～85℃，单侧涂层厚度2～4μm，基膜厚度5～14μm。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
具体的，烷氧基硅烷单体采用的是苯基三甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷。称量好2份苯基三甲氧基硅烷，1份甲基三甲氧基硅烷以及24份去离子水，加入搅拌机中进行搅拌，搅拌速度为500rpm，搅拌2min后加入质量分数为6.75份的氨水调节PH至9.5，搅拌5h，静置2h后，抽滤，采用去离子水洗涤后，在80℃下真空干燥12h，制得PSQ微球。
实施例1
称量好4份PSQ微球，40份Al2O3，5份丙烯酸酯粘接剂，11.5份羧甲基纤维素钠，0.2份聚氨酯分散剂，39.2份去离子水，0.1份聚醚改性聚硅氧烷润湿剂，倒入搅拌机中，搅拌速度为500rpm，搅拌3h后，制得锂离子电池隔膜浆料。
将上述锂离子电池隔膜浆料采用凹版涂覆方式均匀地涂覆于PE基膜上，涂覆厚度4μm，在60℃下烘干制得锂离子电池隔膜A1。
将上述锂离子电池隔膜A1、三元正极极片(NMC111材料)、石墨负极极片及电解液组(电解液中，1mol/L LiPF6/EC/EMC/DEC＝1:1:1+1％VC)装成锂离子电池A1。
实施例2
称量好7.34份PSQ微球，36.66份Al2O3，5份丙烯酸酯粘接剂，11.5份羧甲基纤维素钠，0.2份聚氨酯分散剂，39.2份去离子水，0.1份聚醚改性聚硅氧烷润湿剂，倒入搅拌机中，搅拌速度为500rpm，搅拌3h后，制得锂离子电池隔膜浆料。
将上述锂离子电池隔膜浆料采用凹版涂覆方式均匀地涂覆于PE基膜上，涂覆厚度4μm，在60℃下烘干制得锂离子电池隔膜A2。
将上述锂离子电池隔膜A2、三元正极极片(NMC111材料)、石墨负极极片及电解液组(电解液中，1mol/L LiPF6/EC/EMC/DEC＝1:1:1+1％VC)装成锂离子电池A2。
实施例3
称量好14.67份PSQ微球，29.33份Al2O3，5份丙烯酸酯粘接剂，11.5份羧甲基纤维素钠，0.2份聚氨酯分散剂，39.2份去离子水，0.1份聚醚改性聚硅氧烷润湿剂，倒入搅拌机中，搅拌速度为500rpm，搅拌3h后，制得锂离子电池隔膜浆料。
将上述锂离子电池隔膜浆料采用凹版涂覆方式均匀地涂覆于PE基膜上，涂覆厚度4μm，在60℃下烘干制得锂离子电池隔膜A3。
将上述锂离子电池隔膜A3、三元正极极片(NMC111材料)、石墨负极极片及电解液组(电解液中，1mol/L LiPF6/EC/EMC/DEC＝1:1:1+1％VC)装成锂离子电池A3。
对比例1
称量好44份Al2O3，5份丙烯酸酯粘接剂，11.5份羧甲基纤维素钠，0.2份聚氨酯分散剂，39.2份去离子水，0.1份聚醚改性聚硅氧烷润湿剂，倒入搅拌机中，搅拌速度为500rpm，搅拌3h后，制得锂离子电池隔膜浆料。
将上述锂离子电池隔膜浆料采用凹版涂覆方式均匀地涂覆于PE基膜上，涂覆厚度4μm，在60℃下烘干制得常规Al2O3涂覆隔膜D1。
将上述常规Al2O3涂覆隔膜D1、三元正极极片(NMC111材料)、石墨负极极片及电解液组(电解液中，1mol/L LiPF6/EC/EMC/DEC＝1:1:1+1％VC)装成锂离子电池D1。
对比例2
称量好44份PSQ微球，5份丙烯酸酯粘接剂，11.5份羧甲基纤维素钠，0.2份聚氨酯分散剂，39.2份去离子水，0.1份聚醚改性聚硅氧烷润湿剂，倒入搅拌机中，搅拌速度为500rpm，搅拌3h后，制得锂离子电池隔膜浆料。
将上述锂离子电池隔膜浆料采用凹版涂覆方式均匀地涂覆于PE基膜上，涂覆厚度4μm，在60℃下烘干制得PSQ微球涂覆隔膜D2。
将上述PSQ微球涂覆隔膜D2、三元正极极片(NMC111材料)、石墨负极极片及电解液组(电解液中，1mol/L LiPF6/EC/EMC/DEC＝1:1:1+1％VC)装成锂离子电池D2。
测量上述隔膜A1-A3以及隔膜D1-D2的摩擦力、摩擦系数、热收缩以及电解液吸液率，并且测量上述锂离子电池A1-A3以及锂离子电池D1-D2电池性能。
其中，摩擦系数测试方法为：将100*100铁块称重，重量为626.45g，核算铁块作用在膜面的正压力为6.14N；将隔膜平铺于胶板上，用无尘布和酒精将铁块擦拭干净；将铁块压在隔膜上面，推拉力计清零，并将拉力计的钩子挂在铁块的绑带上，匀速拉动拉力计，记录数据，重复5次测试。
电解液吸液率测试方法为：取100mm*100mm规格隔膜样品，称重，记录重量m1；将隔膜样品置于电解液中密封浸泡1h后取出，用无尘纸将隔膜表面电解液吸干后称重，记录重量m2；吸液率＝(m2-m1)/m1，每种样品测试3次，取平均值。
电性能测试方法为：在25℃下，1C/1C，3.0至4.2V恒流充放电循环1000次后，测量其容量保持率。测试结果如下所示：
表1隔膜A1-A3以及隔膜D1-D2的静摩擦系数测试值
参照表1和图1，表1为隔膜A1-A3以及隔膜D1-D2的静摩擦系数测值，图1为隔膜A1-A3以及隔膜D1-D2的静摩擦系数均值对比图。相对于没有添加PSQ微球的隔膜D1，隔膜A1-A3以及隔膜D2的摩擦力和摩擦系数小，即PSQ微球能够减小隔膜的摩擦系数，且PSQ微球的含量越高，摩擦力和摩擦系数越小，表面越光滑。使得隔膜在锂离子电池卷绕装配过程中具有卷针易抽出，卷芯边缘对齐度良好的特点，降低锂离子电池内短路的风险，提高锂离子电池的生产效率。
表2实施例1-3及对比例1-2所制备的隔膜及其组装的锂离子电池的性能测试结果
参照表2，表2为实施例1-3及对比例1-2所制备的隔膜及其组装的锂离子电池的性能测试结果。相对于没有添加Al2O3的对比例2，实施例1具有优良的抗热收缩性。相对于没有添加PSQ微球的隔膜D1，隔膜A1-A3以及隔膜D2的电解液吸液率更高，即PSQ微球能够增加隔膜的电解液吸液率，且PSQ微球的含量越高，隔膜的电解液吸液率越高，这是由于PSQ微球具有三维立体网状结构，其内外部含有大量有机基团，使其对锂离子电池电解液具有良好的亲和力。并且，采用PSQ微球和Al2O3复合制备的锂离子电池隔膜A1-A3具有更好的电池循环性能。
参照图2和图3，图2为实施例1中锂离子电池隔膜A1放大5000倍的SEM图，图3为实施例1中锂离子电池隔膜A1放大20000倍的SEM图。从图中可以看出，锂离子电池隔膜A1上的涂层很均匀，即PSQ微球Al2O3分散的很均匀，说明对比例1中的锂离子电池隔膜浆料具有优良的分散性。
综上：本发明中的锂离子电池隔膜浆料采用超细PSQ微球与无机物颗粒构建电池基膜的复合涂层，使得浆料具有优良的分散性，且浆料涂覆后的复合隔膜摩擦系数小，涂层表面光滑，有利于隔膜在锂离子电池卷绕装配过程中的卷芯与卷针分离，减少隔膜打皱、撕裂、边缘不齐等抽芯不良问题，降低锂离子电池发生内短路安全隐患的概率，提高装配过程的良品率及生产效率。
上仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种锂离子电池隔膜浆料，其特征在于，包括以下重量分的组分：
聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)：2～20份
无机物颗粒：30～45份
丙烯酸酯粘结剂：4～10份
羧甲基纤维素钠：10～12份
聚氨酯类分散剂：0.01～0.20份
聚醚改性聚硅氧烷类助剂：0.01～0.20份
去离子水：30～45份；
所述锂离子电池隔膜浆料的固含量为37～42wt％。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池隔膜浆料，其特征在于，所述聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)粒径D50为0.6～1.4μm，分子量为5*104～9*104g/mol。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池隔膜浆料，其特征在于，所述无机物颗粒为Al2O3、AlOOH、SiO2、TiO2、BaTiO3中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池隔膜浆料，其特征在于，所述无机物颗粒粒径D50为0.5～1.0μm。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种锂离子电池隔膜浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用水解缩合法制备聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)；
(2)称量好所述聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)，无机物颗粒、丙烯酸酯粘结剂、羧甲基纤维素钠、聚氨酯类分散剂、聚醚改性聚硅氧烷类助剂以及去离子水，倒入搅拌机中搅拌混合，获得浆料。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池隔膜浆料的制备方法，其特征在于，步骤(1)包括：
将烷氧基硅烷单体加入去离子水中搅拌分散均匀后，加入催化剂促进所述烷氧基硅烷单体的水解缩聚反应，水解缩聚反应完成后抽滤、洗涤及干燥得到所述聚有机硅倍半氧烷微球(PSQ微球)，制备反应如下：
RxSi(OR1)(4-x)+H2O→RxSiO(4-x)/2 (Ⅰ)
式(Ⅰ)中，R为甲基、苯基、氨基或取代烷基，R1为小分子烷基的脂肪链或芳香链。
7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池隔膜浆料的制备方法，其特征在于，所述烷氧基硅烷单体为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二氯二甲基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、环氧丙氧三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷、r-(2,3-环氧丙氧)三甲氧基硅烷中的两种或多种。
8.根据权利要求6所述的一种锂离子电池隔膜浆料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为NH4OH或NaOH。
9.根据权利要求6所述的一种锂离子电池隔膜浆料的制备方法，其特征在于，所述烷氧基硅烷单体与所述去离子水的重量比为1:5～1:12。
10.一种锂离子电池隔膜，其特征在于，所述锂离子电池隔膜是通过将权利要求1-4任一项所述的锂离子电池隔膜浆料涂覆于聚烯烃基膜的一侧或双侧，干燥后制得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210062052.6A CN114497897B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种锂离子电池隔膜浆料及其制备方法、锂离子电池隔膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210062052.6A CN114497897B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种锂离子电池隔膜浆料及其制备方法、锂离子电池隔膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114497897A CN114497897A (zh) | 2022-05-13 |
| CN114497897B true CN114497897B (zh) | 2024-04-09 |
Family
ID=81471989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210062052.6A Active CN114497897B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种锂离子电池隔膜浆料及其制备方法、锂离子电池隔膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114497897B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102738504A (zh) * | 2011-04-12 | 2012-10-17 | 索尼公司 | 锂离子二次电池、电子装置、电动工具、电动车辆和蓄电系统 |
| KR20200083918A (ko) * | 2018-12-28 | 2020-07-09 | 더블유씨피 주식회사 | 이차전지용 다공성 분리막 |
-
2022
- 2022-01-19 CN CN202210062052.6A patent/CN114497897B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102738504A (zh) * | 2011-04-12 | 2012-10-17 | 索尼公司 | 锂离子二次电池、电子装置、电动工具、电动车辆和蓄电系统 |
| KR20200083918A (ko) * | 2018-12-28 | 2020-07-09 | 더블유씨피 주식회사 | 이차전지용 다공성 분리막 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114497897A (zh) | 2022-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108574101B (zh) | 用于锂离子电池的粘合剂水溶液、浆料、电极、隔膜、隔膜/电极积层体以及锂离子电池 | |
| WO2015010524A1 (zh) | 锂离子电池负极活性材料的制备方法 | |
| WO2021078107A1 (zh) | 一种核壳结构的凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用 | |
| CN106531963B (zh) | 锂离子电池负极浆料及锂离子电池 | |
| CN112094372B (zh) | 锂离子电池用粘合剂水溶液、负极用浆料、负极、负极用材料以及锂离子电池及其制造方法 | |
| KR20180036457A (ko) | 리튬이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬이차전지 | |
| KR102164435B1 (ko) | 리튬이온 전지용 바인더 수용액, 리튬이온 전지용 슬러리 및 그 제조방법, 리튬이온 전지용 전극, 리튬이온 전지용 세퍼레이터, 리튬이온 전지용 세퍼레이터/전극적층체, 및 리튬이온 전지 | |
| CN109929113B (zh) | 一种锂电池电极粘结用硅氧烷低聚物及其制备方法 | |
| CN110504441B (zh) | 一种改性硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池 | |
| WO2015102199A1 (ko) | 리튬 이차 전지용 음극재, 그 제조방법, 이를 음극으로 포함하는 리튬 이차 전지 | |
| CN107863493B (zh) | 一种锂电池负极极片的制备方法 | |
| CN110911612B (zh) | 一种基于醋酸纤维素的交联复合型锂离子电池隔膜及其制备方法与应用 | |
| CN109301248A (zh) | 电池负极片及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN111180641A (zh) | 一种具有自交联作用的隔膜及其制备方法 | |
| WO2017004795A1 (en) | Silicon-based composite with three dimensional binding network for lithium ion batteries | |
| KR102301238B1 (ko) | 리튬이온전지용 열가교성 바인더 수용액, 리튬이온전지 부극용 열가교성 슬러리, 리튬이온전지용 부극 및 리튬이온전지 | |
| CN111668449A (zh) | 一种锂离子电池用硅复合负极材料及其制备方法 | |
| CN110911622A (zh) | 涂覆隔膜浆料、复合隔膜及其制备方法 | |
| CN108808080A (zh) | 纳米复合凝胶电解质、锂二次电池及其制备方法 | |
| CN114725616A (zh) | 一种无机杂化芳纶纳米纤维隔膜、制备方法及其在锂电池中的应用 | |
| JP2020077619A (ja) | リチウムイオン電池用熱架橋性バインダー水溶液、リチウムイオン電池用電極熱架橋性スラリー及びその製造方法、リチウムイオン電池用電極、並びにリチウムイオン電池 | |
| CN110112348B (zh) | 电池涂布膜浆料、电池隔膜、二次电池及其制备方法 | |
| CN114497878A (zh) | 耐水锂电池陶瓷涂覆隔膜及其制备工艺 | |
| CN114497897B (zh) | 一种锂离子电池隔膜浆料及其制备方法、锂离子电池隔膜 | |
| EP4020657A1 (en) | Composite separator for lithium secondary battery, and manufacturing method therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |