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一种低水分锂电池涂覆膜及其制备方法

文献发布时间:2023-06-19 18:46:07


一种低水分锂电池涂覆膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域,尤其涉及一种低水分锂电池涂覆膜及其制备方法。

背景技术

陶瓷涂覆隔膜对锂电池结构起着重要的作用。锂电池隔膜的成本约占电池成本的三分之一,陶瓷膜片的性能决定了电池的界面结构和内阻,直接影响电池的容量,循环性能和安全性能。

锂电池陶瓷膜片的重要目的是将电池的正极和负极分开,防止两极之间的接触造成短路。但水分对于锂电池的性能有很大的影响。

水分对首次冲放电容量有影响,水分会使电池内阻增加,会造成电池容量衰减,使电池厚度变大;当水分过量时,多余的水会继续与LiPF

发明内容

本发明的目的是提供一种低水分锂电池涂覆膜及其制备方法,通过添加交联剂和两亲性高分子超疏水分散剂来减少隔膜涂层中的水分,保证了锂电池的电性能及安全性能。

为此,第一方面,本发明实施例提供了一种低水分锂电池涂覆膜,所述低水分锂电池涂覆膜涂覆在基膜上,所述低水分锂电池涂覆膜的组成按照质量比包括:离子水45-60份,陶瓷粉体30-34份,粘结剂3-6份,增稠剂0.1-2份,两亲性高分子超疏水分散剂0.1-2份,润湿分散剂0.1-0.3份,交联剂0.1-1份。

优选的,所述陶瓷粉体包括:三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆或勃姆石中的一种或其混合物;

所述粘结剂包括:聚丙烯酸脂类化合物、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯脂、丙烯腈类共聚物、丙烯酸和丙烯腈的共聚物、改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA中的一种或多种;

所述增稠剂包括:羧甲基纤维素钠;

所述两亲性高分子超疏水分散剂包括:聚苯乙烯-b-聚丙烯酸;

所述湿润分散剂包括:聚醚-硅氧烷共聚物,所述聚醚-硅氧烷共聚物具体包括:甲基聚醚硅氧烷或二甲基聚醚硅氧烷;

所述交联剂包括:甲苯二异氰酸酯。

优选的,所述基膜为聚烯烃隔膜:所述聚烯烃隔膜的孔隙率为40%-60%,所述聚烯烃隔膜的孔径为40-150nm,所述聚烯烃隔膜的表面的摩擦系数为0.1-0.3。

优选的,所述基膜的厚度为9-12μm,所述低水分锂电池涂覆膜对应的涂层厚度为2-4μm。

第二方面,本发明实施例提供了一种低水分锂电池涂覆膜的制备方法,所述制备方法包括:

按照质量比,将离子水45-60份,陶瓷粉体30-34份,粘结剂3-6份,增稠剂0.1-2份,两亲性高分子超疏水分散剂0.1-2份,润湿分散剂0.1-0.3份,交联剂0.1-1份进行混合形成涂层浆料;

在200-500转/s的转速下搅拌得到混合浆料;

以20-40m/min的涂布速度均匀将涂层浆料涂布在基膜的一侧或两侧,于40-70摄氏度下烘干得涂覆膜。

优选的,所述搅拌的时间为0.5小时。

本发明通过添加交联剂和两亲性高分子超疏水分散剂来减少隔膜涂层中的水分。其中交联剂甲苯二异氰酸酯,不仅可以与羧甲基纤维素钠交联,提升水溶液的稳定性,还能与粘结剂交联改性,产品的粘结性能、耐温性、耐水性能都会得到提升,而采用的聚苯乙烯-b-聚丙烯酸两亲性高分子超疏水分散剂,通过锚固基团使分散剂与陶瓷粉体表面牢固结合,溶剂化链的空间位阻效应使陶瓷粉体稳定分散。上述分散剂同时含有亲水极性官能团和非极性疏水官能团,当浆料涂覆在基膜上以后进行干燥的过程中,吸附在陶瓷粉体表面的分散剂,其亲水极性官能团和非极性疏水官能团进行重新排布,亲水基团向内,疏水基团向外,使得涂覆膜的涂层疏水化,从而使粉体材料可以粒度更低,也可以均匀分散开,从而保证了锂电池的电性能及安全性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的低水分锂电池涂覆膜的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供了一种低水分锂电池涂覆膜,涂覆在基膜上,低水分锂电池涂覆膜的组成按照质量比包括:离子水45-60份,陶瓷粉体30-34份,粘结剂3-6份,增稠剂0.1-2份,两亲性高分子超疏水分散剂0.1-2份,润湿分散剂0.1-0.3份,交联剂0.1-1份。

其中,陶瓷粉体包括:三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆或勃姆石中的一种或其混合物;

粘结剂包括:聚丙烯酸脂类化合物、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯脂、丙烯腈类共聚物、丙烯酸和丙烯腈的共聚物、改性聚甲基丙烯酸甲酯PMMA中的一种或多种;

增稠剂包括:羧甲基纤维素钠;

两亲性高分子超疏水分散剂包括:聚苯乙烯-b-聚丙烯酸;

湿润分散剂包括:聚醚-硅氧烷共聚物,所述聚醚-硅氧烷共聚物具体包括:甲基聚醚硅氧烷或二甲基聚醚硅氧烷;

交联剂包括:异氰酸酯、丙烯酸酯、环氧树脂或烯基硅烷类的一种或其混合物。

基膜为聚烯烃隔膜:聚烯烃隔膜的孔隙率为40%-60%,聚烯烃隔膜的孔径为40-150nm,聚烯烃隔膜的表面的摩擦系数为0.1-0.3。基膜的厚度为9-12μm,低水分锂电池涂覆膜对应的涂层厚度为2-4μm。

本发明的低水分锂电池涂覆膜可以通过以下步骤制备得到,主要步骤流程如图1所示。

步骤110,按照质量比,将离子水45-60份,陶瓷粉体30-34份,粘结剂3-6份,增稠剂0.1-2份,两亲性高分子超疏水分散剂0.1-2份,润湿分散剂0.1-0.3份,交联剂0.1-1份进行混合形成涂层浆料;

步骤120,在200-500转/s的转速下搅拌得到混合浆料;

搅拌的时间优选为0.5小时。

步骤130,以20-40m/min的涂布速度均匀将涂层浆料涂布在基膜的一侧或两侧,于40-70摄氏度下烘干得涂覆膜。

本发明通过添加交联剂和两亲性高分子超疏水分散剂来减少隔膜涂层中的水分。其中交联剂与浆料体系中的高吸水基团进行有效反应,屏蔽掉体系中的大量的吸水基团,而采用的聚苯乙烯-b-聚丙烯酸两亲性高分子超疏水分散剂,通过锚固基团使分散剂与陶瓷粉体表面牢固结合,溶剂化链的空间位阻效应使陶瓷粉体稳定分散。上述分散剂同时含有亲水极性官能团和非极性疏水官能团,当浆料涂覆在基膜上以后进行干燥的过程中,吸附在陶瓷粉体表面的分散剂,其亲水极性官能团和非极性疏水官能团进行重新排布,亲水基团向内,疏水基团向外,使得涂覆膜的涂层疏水化,从而使粉体材料可以粒度更低,也可以均匀分散开。从而保证了锂电池的电性能及安全性能。

为进一步详细说明本发明的技术方案,提供如下几个实施例

实施例1

将61kg去离子水和0.2kg羧甲基纤维素钠2500转每分钟转30分钟,再加入35kg氧化铝粉末继续2500转每分钟转60分钟,再加入0.4kg交联剂甲苯二异氰酸酯,0.1kg分散剂聚苯乙烯-b-聚丙烯酸,0.3kg聚氧乙烯脂肪醇醚润湿剂继续1500转每分钟转30分钟,最后加入3kg粘合剂聚偏氟乙烯以400转搅拌30分钟,制成陶瓷浆料。将氧化铝陶瓷涂层浆料在300转/s转速下搅拌0.5小时得混合浆料,以30m/min的涂布速度均匀将混合浆料涂布与基膜的一侧,于45摄氏度下烘干得涂覆膜。最后测得水分为432ppm。

实施例2

将61.1kg去离子水和0.2kg羧甲基纤维素钠2500转每分钟转30分钟,再加入35kg氧化铝粉末继续2500转每分钟转60分钟,再加入交联剂甲苯二异氰酸酯0.2kg,加分散剂聚苯乙烯-b-聚丙烯酸0.2kg,0.3kg聚氧乙烯脂肪醇醚润湿剂继续1500转每分钟转30分钟,最后加入3kg粘合剂聚偏氟乙烯以400转搅拌30分钟,制成陶瓷浆料。将氧化铝陶瓷涂层浆料在300转/s转速下搅拌0.5小时得混合浆料,在以30m/min的涂布速度均匀将混合浆料涂布与基膜的一侧,于45摄氏度下烘干得涂覆膜。测得水分为455ppm。

实施例3

将61.1kg去离子水和0.2kg羧甲基纤维素钠2500转每分钟转30分钟,再加入35kg氧化铝粉末继续2500转每分钟转60分钟,再加入交联剂甲苯二异氰酸酯0.4kg,加分散剂疏水改性丙烯酸聚合物0.1kg,0.3kg聚氧乙烯脂肪醇醚润湿剂继续1500转每分钟转30分钟,最后加入3kg粘合剂聚偏氟乙烯以400转搅拌30分钟,制成陶瓷浆料。将氧化铝陶瓷涂层浆料在300转/s转速下搅拌0.5小时得混合浆料,在以30m/min的涂布速度均匀将混合浆料涂布与基膜的一侧,于45摄氏度下烘干得涂覆膜。测得水分为475ppm。

对比例1

将61.5kg去离子水和0.2kg羧甲基纤维素钠2500转每分钟转30分钟,再加入35kg氧化铝粉末继续2500转每分钟转60分钟,0.3kg聚氧乙烯脂肪醇醚润湿剂继续1500转每分钟转30分钟,最后加入3kg粘合剂聚偏氟乙烯以400转搅拌30分钟,制成陶瓷浆料。将氧化铝陶瓷涂层浆料在300转/s转速下搅拌0.5小时得混合浆料,在以30m/min的涂布速度均匀将混合浆料涂布与基膜的一侧,于45摄氏度下烘干得涂覆膜。最后测得水分为850ppm。

对比例2

将61.4kg去离子水和0.2kg羧甲基纤维素钠2500转每分钟转30分钟,再加入35kg氧化铝粉末继续2500转每分钟转60分钟,加分散剂聚苯乙烯-b-聚丙烯酸0.1kg,0.3kg聚氧乙烯脂肪醇醚润湿剂继续1500转每分钟转30分钟,最后加入3kg粘合剂聚偏氟乙烯以400转搅拌30分钟,制成陶瓷浆料。将氧化铝陶瓷涂层浆料在300转/s转速下搅拌0.5小时得混合浆料,在以30m/min的涂布速度均匀将混合浆料涂布与基膜的一侧,于45摄氏度下烘干得涂覆膜。测得水分为550ppm。

对比例3

将61.1kg去离子水和0.2kg羧甲基纤维素钠2500转每分钟转30分钟,再加入35kg氧化铝粉末继续2500转每分钟转60分钟,再加入交联剂脂肪类异氰酸酯0.4kg,0.3kg聚氧乙烯脂肪醇醚润湿剂继续1500转每分钟转30分钟,最后加入3kg粘合剂聚偏氟乙烯以400转搅拌30分钟,制成陶瓷浆料。将氧化铝陶瓷涂层浆料在300转/s转速下搅拌0.5小时得混合浆料,在以30m/min的涂布速度均匀将混合浆料涂布与基膜的一侧,于45摄氏度下烘干得涂覆膜。测得水分为530ppm。

对比例4

将61.1kg去离子水和0.2kg羧甲基纤维素钠2500转每分钟转30分钟,再加入35kg氧化铝粉末继续2500转每分钟转60分钟,再加入交联剂脂肪类异氰酸酯0.4kg,加分散剂聚苯乙烯-b-聚丙烯酸0.1kg,0.3kg聚氧乙烯脂肪醇醚润湿剂继续1500转每分钟转30分钟,最后加入3kg粘合剂聚偏氟乙烯以400转搅拌30分钟,制成陶瓷浆料。将氧化铝陶瓷涂层浆料在300转/s转速下搅拌0.5小时得混合浆料,在以30m/min的涂布速度均匀将混合浆料涂布与基膜的一侧,于45摄氏度下烘干得涂覆膜。测得水分为521ppm。

由上述实施例与对比例的数据可知,加入交联剂与双亲性分散剂的涂覆隔膜含水量最低。

本发明通过添加交联剂和两亲性高分子超疏水分散剂来减少隔膜涂层中的水分。其中交联剂甲苯二异氰酸酯,不仅可以与羧甲基纤维素钠交联,提升水溶液的稳定性,还能与粘结剂交联改性,产品的粘结性能、耐温性、耐水性能都会得到提升,而采用的聚苯乙烯-b-聚丙烯酸两亲性高分子超疏水分散剂,通过锚固基团使分散剂与陶瓷粉体表面牢固结合,溶剂化链的空间位阻效应使陶瓷粉体稳定分散。上述分散剂同时含有亲水极性官能团和非极性疏水官能团,当浆料涂覆在基膜上以后进行干燥的过程中,吸附在陶瓷粉体表面的分散剂,其亲水极性官能团和非极性疏水官能团进行重新排布,亲水基团向内,疏水基团向外,使得涂覆膜的涂层疏水化,从而使粉体材料可以粒度更低,也可以均匀分散开,从而保证了锂电池的电性能及安全性能。

以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

技术分类

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