一种锂电池隔膜和其制备方法及改善喷涂点形貌的系统

技术领域

本发明涉及一种锂电池隔膜和其制备方法及改善喷涂点形貌的系统，属于锂电池隔膜涂覆技术领域。

背景技术

浆料涂覆是锂电池隔膜生产过程中的一个重要步骤，料盒中的浆料在喷涂机头中通过高速剪切雾化后，喷涂在锂电池隔膜表面，多余的浆料经回流管道回收后重新进入料盒回收利用。经过高度剪切后的水系PVDF回流浆料极易团聚，团聚浆料回流重复利用时，会在膜面上易形成外径大小不一的喷涂点，小的喷涂点对隔膜上起不到粘接作用，且影响电池的性能，大的喷涂点易造成堵孔现象。

现有技术为了改善喷涂点形貌大小的均匀性主要是通过调整喷头的参数以及浆料的组分参数，但是这些方法不能从根本上解决回流浆料团聚的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池隔膜，同时本发明还提供一种锂电池隔膜制备方法及改善锂电池用喷涂隔膜喷涂点形貌的装置，用以解决现有技术的锂电池隔膜的喷涂浆料容易团聚、粘结不牢固的缺点。

本发明的锂电池隔膜采用如下技术方案：一种锂电池隔膜，其包括隔膜基材和涂布于隔膜基材至少一侧表面上的PVDF涂层，所述PVDF涂层包含喷涂点，所述喷涂点呈环状，喷涂点的环宽在10-150μm之间，喷涂点的厚度在0.5-15μm之间，单个外径在200-500μm之间的喷涂点的数量是喷涂点总数的90%以上。

所述喷涂点的环宽在20-90μm之间，喷涂点的厚度在0.8-6μm之间。

单个外径在100-200μm之间的喷涂的数量是喷涂点总数的4%以下，单个外径在500-800μm之间的喷涂的数量是喷涂点总数6%以下。

本发明的锂电池隔膜的制备方法采用如下技术方案：一种锂电池隔膜的制备方法，其包括以下步骤：（1）将PVDF树脂、增稠剂、粘结剂、水及分散剂混合均匀得到PVDF浆料；（2）将所述PVDF浆料通过喷涂的方式喷涂到隔膜基材至少一侧的表面上，得到包含环状喷涂点的PVDF涂层，喷涂点的环宽在10-150μm之间，喷涂点的厚度在0.5-15μm之间，单个外径在200-500μm之间的喷涂点的数量是喷涂点总数的90%以上；（3）将带有喷涂点的隔膜基材干燥处理，得到锂电池隔膜；所述步骤（2）还包括以下步骤：A、通过回流管道将喷涂的多余浆料回流到超声波分散机中，利用超声波对浆料进行超声分散；B、将超声分散后的浆料送入过滤装置过滤，过滤后的浆料存放至上料罐内；C、将上料罐中过滤后的浆料送入料盒，料盒喷头上连接的转子转盘高速旋转时对浆料进行高速剪切将浆料雾化，雾化后浆料喷涂在基膜表面。

步骤A中，进入到超声分散机中的浆料流量为500-1500ml/s，超声分散的温度为18-25℃，超声分散机的功率为1000W-3000W，超声分散机的频率为18-50HZ。

步骤 B中的过滤为分级过滤，过滤级数为三级，每级过滤的目数均在40-150目之间，沿浆料流动方向，过滤目数逐渐增大。

步骤C中，喷涂机头的喷头中浆料的流量为400-1500ml/s，转子转盘的转速为5000-15000rpm。

本发明的改善锂电池用喷涂隔膜喷涂点形貌的系统采用如下技术方案：一种改善锂电池用喷涂隔膜喷涂点形貌的系统，其包括料盒，料盒上连接有喷涂机头，料盒上连接有上料管道和回流管道，所述喷涂机构上设有转子转盘，所述回流管道和上料管道之间设有超声波分散机和过滤器，超声波分散机上设有进料管和出料管，进料管与回流管道连接，出料管与过滤器进口连接，过滤器内设有滤网，过滤器出口连接有用于存放过滤后浆料的上料罐，上料罐与上料管道连接。

所述超声分散机的进料管中的浆料流量为500-1500ml/s，超声分散机内的工作温度为18-25℃，超声分散机的功率为1000W-3000W，超声分散机的频率为18-50HZ。

所述过滤器有三个，三个过滤器依次串联，每级过滤器中滤网的目数均在40-150目之间，沿浆料流动方向，过滤器中滤网的目数逐渐增大。

喷涂机头的喷头中浆料的流量为400-1500ml/s，转子转盘的转速为5000-15000rpm。

本发明的有益效果是：本发明使用超声波对回流浆料进行超声分散，使浆料中有机无机颗粒细化，提高浆料的分散程度，减少浆料的团聚；接着对超声分散后的浆料进行过滤，将超声分散后浆料中的大颗粒进一步的过滤处理，保证浆料中无大颗粒团聚，分散效果更好。采用超声分散及过滤处理后的浆料经转子转盘高速剪切后，浆料团聚的问题得到解决，使喷涂表面喷涂点大小均匀，既避免喷涂点过小导致极片粘结力偏低问题，从而避免电池过软无法入壳；同时减少大颗粒的比例，避免出现大颗粒堵孔的情况。本发明制备出的隔膜具有更好的倍率，能够应用于动力电池和高倍率消费电子电池。因此本发明改善喷涂点大小的均匀性，提高喷涂隔膜粘接强度。

优选的，采用三级过滤，使得浆料过滤后分散细化效果更好。

附图说明

图1是本发明的改善锂电池用喷涂隔膜喷涂点形貌的系统的示意图；

图2是图1中转子转盘的结构示意图；

图3是实例1-5和对比例1制备的隔膜中喷涂点的数据表；

图4是实例2制备的隔膜放大5倍的照片；

图5是实例2制备的隔膜放大1.5倍的照片。

图中：1-喷涂机头，2-回流管道，3-超声分散机，4-进料管，5-出料管，6-过滤器，7-上料罐，8-上料管道，9-转子转盘，91-转轴，92-上分散盘，93-下分散盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明锂电池隔膜的一种具体实施例：本实施例的锂电池隔膜包括隔膜基材和涂布于隔膜基材至少一侧表面上的PVDF涂层，所述PVDF涂层包含喷涂点，所述喷涂点呈环状，喷涂点的环宽在10-150μm之间，喷涂点的厚度在0.5-15μm之间，单个外径在200-500μm之间的喷涂点的数量是喷涂点总数的90%以上。优选的，喷涂点的环宽在20-90μm之间，喷涂点的厚度在0.8-6μm之间；优选的，单个外径在100-200μm之间的喷涂的数量是喷涂点总数的4%以下，单个外径在500-800μm之间的喷涂的数量是喷涂点总数6%以下。

本发明的锂电池隔膜的制备方法的一种具体实施例：

本实施例的锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：（1）将PVDF树脂、增稠剂、粘结剂、水及分散剂混合均匀得到PVDF浆料。

（2）将所述PVDF浆料通过喷涂的方式喷涂到隔膜基材至少一侧的表面上，得到包含环状喷涂点的PVDF涂层，喷涂点的环宽在10-150μm之间，喷涂点的厚度在0.5-15μm之间，单个外径在200-500μm之间的喷涂点的数量是喷涂点总数的90%以上。

本步骤还包括以下步骤：A、通过回流管道将喷涂的多余浆料回流到超声波分散机中，利用超声波对浆料进行超声分散；本步骤中，进入到超声分散机中的浆料流量为500-1500ml/s，超声分散的温度为18-25℃，超声分散机的功率为1000W-3000W，超声分散机的频率为18-50HZ ；B、将超声分散后的浆料送入过滤装置过滤，过滤后的浆料存放至上料罐内；过滤为分级过滤，过滤级数为三级，每级过滤的目数均在40-150目之间，沿浆料流动方向，过滤目数逐渐增大；C、将上料罐中过滤后的浆料送入料盒，料盒喷头上连接的转子转盘高速旋转时对浆料进行高速剪切将浆料雾化，雾化后浆料喷涂在基膜表面，喷涂机头的喷头中浆料的流量为400-1500ml/s，转子转盘的转速为5000-15000rpm。

（3）将带有喷涂点的隔膜基材干燥处理，得到锂电池隔膜。

本发明的改善锂电池用喷涂隔膜喷涂点形貌的系统的一种具体实施例：

如图1所示，本实施例改善锂电池用喷涂隔膜喷涂点形貌的系统，其包括料盒，料盒上连接有喷涂机头1，料盒上连接有上料管道8和回流管道2，所述喷涂机构1上设有转子转盘9，所述回流管道2和上料管道8之间设有超声波分散机3和过滤器6，超声波分散机3上设有进料管4和出料管5，进料管4与回流管道2连接，出料管5与过滤器6进口连接，过滤器6内设有滤网，过滤器6出口连接有用于存放过滤后浆料的上料罐7，上料罐7与上料管道连接。

转子转盘9的结构如图2所示，其包括转轴91、安装在转轴91的上分散盘92和下分散盘93，上分散盘92和下分散盘93间隔设置，下分散盘93上表面有纹路。

所述超声分散机3的进料管4中的浆料流量为500-1500ml/s，超声分散机3内的工作温度为18-25℃，超声分散机3的功率为1000W-3000W，超声分散机3的频率为18-50HZ。

本实施例中的过滤器6有三个，三个过滤器6依次串联，每级过滤器中滤网的目数均在40-150目之间，沿浆料流动方向，过滤器中滤网的目数逐渐增大。

喷涂机头1的喷头中浆料的流量为400-1500ml/s，转子转盘9的转速为5000-15000rpm。

本发明所使用的浆料按以下方法步骤制备：（1）将粘结剂与水混合搅拌成均一溶液状态，得到溶液A；（2）在搅拌作用下向溶液A中加入多次少量加入有机聚合物分批搅拌，得到浆料B；（3）将浆料B通过研磨工艺进行研磨，得到浆料C；（4）向浆料C中加入粘结剂，混合均匀，得到成品浆料。

本实施例改善锂电池用喷涂隔膜喷涂点形貌的系统使用时，将成品浆料置入料盒中，采用喷涂机头在隔膜基材上喷涂浆料，浆料在转子转盘的高速剪切作用下被雾化，从而均匀涂布在隔膜基材上，多余的浆料被喷涂机头下方的料槽回收，浆料通过回流管道进入超声分散机，在超声波的震荡作用下，浆料中团聚的有机无机颗粒被分散细化，浆料的分散程度得到提高，经超声分散后的浆料进入过滤器过滤，过滤掉浆料中的大颗粒，本实施例采用三级过滤，每一级过滤的精度逐渐提高，三级过滤后保证浆料中无大颗粒团聚，分散效果更好。过滤后的浆料存放至上料罐，通过上料管道将浆料输送至喷涂机构，浆料在转子转盘的高速剪切作用下被雾化，均匀涂布在隔膜基材上，最终形成喷涂点大小形态均匀的隔膜产品。

以下结合具体实例对本发明具体说明：

实例1：（1）回流料超声分散：将喷涂后产生的PVDF回流料，通过浆料回流管道8进入超声分散机中，设置超声分散机浆料流量为600ml/s，工作功率为1500W，频率为20HZ，进行超声分散，对浆料分散均匀性进行改善。

（2）超声分散后浆料过滤处理：对改善后的浆料沿浆料流动的方向进行分级过滤，过滤目数分别为40目，80目，100目，对浆料中的团聚成分进行过滤处理。

（3）PVDF浆料的涂覆：采用高速旋转喷涂的方式改善后的PVDF浆料涂覆在基膜的两侧，涂布速度为50m/min，旋转喷头的转速为10000rpm/min，烘干后得到喷涂隔膜。

采用高清CCD测量显微镜测量喷涂点形貌，利用高清CCD测量显微镜自带的标尺测出环状喷涂点的外径和内径，根据测得的外径值和内径值计算环宽，外径值和内径值的差值的一半即为喷涂点的环宽值；用马尔测厚仪测试喷涂点的平均厚度，在喷涂之前先测出隔膜基材的平均厚度，再测出带有喷涂点的隔膜的平均厚度，隔膜的平均厚度与隔膜基材的平均厚度的差值即为喷涂点的平均厚度。

实例2：（1）回流料超声分散：将喷涂后产生的PVDF回流料，通过浆料回流管道8进入超声分散机中，设置超声分散机浆料流量为900ml/s，工作功率为2000W，频率为30HZ，进行超声分散，对浆料分散均匀性进行改善。

（2）超声分散后浆料过滤处理：对改善后的浆料沿浆料流动的方向进行分级过滤，过滤目数分别为40目，80目，100目，对浆料中的团聚成分进行过滤处理。

（3）PVDF浆料的涂覆：采用高速旋转喷涂的方式改善后的PVDF浆料涂覆在基陶瓷膜的两侧，涂布速度为80m/min，旋转喷头的转速为7000rpm/min，流量为850ml/s，烘干后得到喷涂隔膜。

采用高清CCD测量显微镜测量喷涂点形貌，用马尔测厚仪测试喷涂点的平均厚度，测量方法与实例1相同。图4是采用高清CCD测量显微镜对本实例制备的隔膜放大5倍的照片，图5是采用高清CCD测量显微镜对本实例制备的隔膜放大1.5倍的照片。

实例3：（1）回流料超声分散：将喷涂后产生的PVDF回流料，通过浆料回流管道8进入超声分散机中，设置超声分散机浆料流量为1200ml/s，工作功率为2500W，频率为35HZ，进行超声分散，对浆料分散均匀性进行改善。

（2）超声分散后浆料过滤处理：对改善后的浆料沿浆料流动的方向进行分级过滤，过滤目数分别为40目，80目，100目，对浆料中的团聚成分进行过滤处理。

（3）PVDF浆料的涂覆：采用高速旋转喷涂的方式改善后的PVDF浆料涂覆在基膜的两侧，涂布速度为90m/min，旋转喷头的转速为8000rpm/min，流量800ml/s，烘干后得到喷涂隔膜。

采用高清CCD测量显微镜测量喷涂点形貌，用马尔测厚仪测试喷涂点的平均厚度，测量方法与实例1相同。

实例4：（1）回流料超声分散：将喷涂后产生的PVDF回流料，通过浆料回流管道8进入超声分散机中，设置超声分散机浆料流量为1500ml/s，工作功率为3000W，频率为40HZ，进行超声分散，对浆料分散均匀性进行改善。

（2）超声分散后浆料过滤处理：对改善后的浆料沿浆料流动的方向进行分级过滤，过滤目数分别为40目，80目，100目，对浆料中的团聚成分进行过滤处理。

（3）PVDF浆料的涂覆：采用高速旋转喷涂的方式改善后的PVDF浆料涂覆在基膜的两侧，涂布速度为100m/min，旋转喷头的转速为6000rpm/min，流量700ml/s，烘干后得到喷涂隔膜。

采用高清CCD测量显微镜测量喷涂点形貌，用马尔测厚仪测试喷涂点的平均厚度，测量方法与实例1相同。

实例5：（1）回流料超声分散：将喷涂后产生的PVDF回流料，通过浆料回流管道8进入超声分散机中，设置超声分散机浆料流量为1500ml/s，工作功率为3000W，频率为40HZ，进行超声分散，对浆料分散均匀性进行改善。

（2）超声分散后浆料过滤处理：对改善后的浆料沿浆料流动的方向进行分级过滤，过滤目数分别为80目，100目，150目，对浆料中的团聚成分进行过滤处理。

（3）PVDF浆料的涂覆：采用高速旋转喷涂的方式改善后的PVDF浆料涂覆在陶瓷膜的两侧，涂布速度为50m/min，旋转喷头的转速为6000rpm/min，流量700ml/s，烘干后得到喷涂隔膜。

采用高清CCD测量显微镜测量喷涂点形貌，用马尔测厚仪测试喷涂点的平均厚度，测量方法与实例1相同。

对比例1：回流料直接进入进料罐中，然后通过高速旋转喷涂的方式将PVDF浆料涂覆陶瓷的两侧，涂布速度为100m/min，旋转喷头的转速为6000rpm/min，流量700ml/s，烘干后得到喷涂隔膜。

采用高清CCD测量显微镜测量喷涂点形貌，用马尔测厚仪测试喷涂点的平均厚度，测量方法与实例1相同。

实例1-5和对比例1制备的喷涂隔膜喷涂点的参数对比如图3中的表格所示，由表格中的数据可以看出，按照本发明制备的隔膜中，外径在200-500μm之间的喷涂点的数量是喷涂点总数的90%以上，外径在100-200μm之间的喷涂的数量是喷涂点总数的4%以下，单个外径在500-800μm之间的喷涂的数量是喷涂点总数的6%以下；而对比例1中，外径在200-500μm之间的喷涂点的数量是喷涂点总数的90%以下。对比例制备的产品实例1-5制备的产品相比，回流浆料未进行处理的涂覆成品PVDF喷涂点形貌分布不均。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。