一种锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法

技术领域

本申请涉及锂离子电池陶瓷隔膜技术领域，更具体地说，尤其涉及一种锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法。

背景技术

隔膜是锂离子电池中的重要组件，用于隔离电池的正负极以防短路。另一方面，隔膜应当具备足够的离子通透能力，使得锂离子能够在正负极之间畅通地传输。随着锂离子电池技术的不断发展，人们对隔膜的性能也提出了更高的要求，主要体现在以下几个方面：

1、隔膜的热性能，包括隔膜在高温条件下对热变形的抵抗能力、关闭锂离子传输通道以阻止继续升温的能力和对熔融、破裂、降解等导致隔膜结构被破坏的能力；

2、隔膜的通透性，主要指的是锂离子通过隔膜在正负极之间传输的通透性，通常以Gurley透气度进行表征；

3、隔膜的吸湿性，要求隔膜的吸湿性尽可能低，以降低隔膜在加工、储存、运输和使用过程中因吸潮导致的水分残留；

4、隔膜的厚度，要求隔膜尽可能薄，减少其在锂离子电池内的体积占据，以尽量提升锂离子电池的能量密度；

5、电解液稳定性，要求隔膜在长时间浸泡在电解液内的条件下，形态和结构稳定。

通常，隔膜的材质是聚乙烯、聚丙烯等。这类材料的优势在于电解液稳定性良好，但热变形温度和熔融温度较低，难以满足锂离子电池，尤其是用作动力电源的锂离子电池(例如电动汽车用锂离子电池)的要求。

目前，改善隔膜的耐热性的主要手段是在隔膜的一面或两面涂覆耐热涂层，这其中最常用的涂层则是陶瓷涂层。陶瓷涂层的主要成分是陶瓷粉和粘合剂，通常还会加入其他助剂。陶瓷涂层和作为基材的聚乙烯、聚丙烯膜(简称基膜)共同构成了陶瓷隔膜。陶瓷隔膜的制备方法是：将陶瓷粉、粘合剂和其他助剂分散于纯水或有机溶剂中，得到陶瓷浆料。将浆料通过刮涂、辊涂等方式定量地涂覆于基膜的一面或两面，干燥后，陶瓷粉在粘合剂的作用下均匀地粘附于基膜表面，形成耐热的陶瓷涂层。陶瓷隔膜的性能，除满足上述的锂离子电池隔膜通用性能要求以外，还应当满足：

1、陶瓷涂层与基膜之间，以及陶瓷颗粒之间应当具有良好的粘接力，不得存在掉粉、涂层脱落等缺陷；

2、陶瓷涂层的组成物应当尽可能简单，且对电解液呈惰性，避免向电池内引入影响电池性能的物质；

3、制备陶瓷涂层浆料时，尽量选择水而不是有机溶剂作为分散剂，以实现生产制备过程的绿色环保；

4、陶瓷涂层浆料对基膜应当有良好的润湿性，使浆料能够均匀地在基膜表面铺展、浸润。通常，水性陶瓷涂层浆料对基膜的润湿性不佳，需要通过添加润湿剂或者对基膜进行表面处理等方式予以改善；

5、陶瓷涂层对隔膜的离子通透性的影响应当尽可能小。由于陶瓷涂层的引入，隔膜的离子通透性将会不可避免地变差，而涂层中的粘合剂通常是影响离子通透性的主要因素。向涂层中引入造孔剂能够一定程度上降低涂层对离子通透性的影响，常用的造孔剂是易挥发或易分解产生气体的物质，在陶瓷隔膜制备的干燥过程中，造孔剂受热挥发或分解，在涂层中留下微小的孔隙，从而建立了有利于锂离子传输的通道。

近年来，人们针对锂离子电池陶瓷隔膜的改性技术开展了大量的研究。例如，中国专利CN102437302A公开了一种使用陶瓷涂覆改性技术制备的锂离子电池隔膜，该隔膜在150℃、10min的热收缩测试条件下，热收缩率为6％(陶瓷粉为氧化铝)或5％(陶瓷粉为氮化铝)。但该隔膜的基膜厚度达到了20μm，涂层厚度亦达到了5μm。并且在进行热收缩测试时，隔膜被夹在金属板之间，金属板重量的束缚在一定程度上限制了隔膜的热收缩。中国专利CN102569701A同样公开了一种使用陶瓷涂覆改性技术制备的锂离子电池隔膜，通过在陶瓷涂层表面增加一层聚合物粘接层，使隔膜粘接在电池的极片上，利用极片的支撑力降低隔膜的热收缩率。该隔膜在200℃、5min的测试条件下，热收缩率不超过5％。然而该专利并未详细说明热收缩率测试的方法，而热收缩率测试的方法对测试结果存在较大的影响。另外，额外引入的聚合物粘接层是否会对隔膜的离子通透性造成影响亦存在疑问。

因此，迫切需要一种锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法，其所述锂离子电池陶瓷隔膜轻薄以及具备优良的低热收缩率和离子通透性，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法，其所述锂离子电池陶瓷隔膜轻薄以及具备优良的低热收缩率和离子通透性。

本申请提供的技术方案如下：

本发明提供的一种锂离子电池陶瓷隔膜，其组分包括：基膜；锂离子电池陶瓷隔膜涂层组合物；所述锂离子电池陶瓷隔膜涂层组合物包括：陶瓷粉，粘合剂，分散剂。

本申请提供的另一种技术方案如下：

本发明提供的一种锂离子电池陶瓷隔膜制备方法，包括以下步骤：

S101、将所述锂离子电池陶瓷隔膜涂层的组成物分散于纯水中，得到陶瓷涂层浆料；S102、将所述陶瓷涂层浆料均匀涂覆于所述基膜的表面，加热干燥后，即得到表面涂覆有陶瓷涂层的所述锂离子电池陶瓷隔膜；所述干燥温度为50～90℃，干燥时长为1～20min。

进一步地，在本发明的一种优选方式中，所述干燥温度优选60～70℃，所述干燥时长优选1～5min。

进一步地，在本发明一种优选方式中，所述陶瓷涂层浆料中，锂离子电池陶瓷隔膜涂层的组成物的质量分数是38％～42％。

进一步地，在本发明一种优选方式中，所述基膜的材质包括：聚乙烯以及聚丙烯；所述基膜的厚度为5～12μm。

进一步地，在本发明一种优选方式中，所述基膜的厚度为7～10μm。

进一步地，在本发明一种优选方式中，将所述陶瓷涂层浆料均匀涂覆于所述基膜的表面包括：所述陶瓷涂层浆料涂覆于所述基膜的一个和/或两个表面。

进一步地，在本发明一种优选方式中，干燥后所述陶瓷涂层的厚度是1～3μm。

进一步地，在本发明一种优选方式中，干燥后所述陶瓷涂层的厚度是1.5～2μm。

进一步地，在本发明一种优选方式中，所述锂离子电池陶瓷隔膜的横向和纵向热收缩率小于或等于3％。

进一步地，在本发明一种优选方式中，所述锂离子电池陶瓷隔膜的Gurley透气增加值小于或等于20s。

进一步地，在本发明一种优选方式中，所述锂离子电池陶瓷隔膜表面的所述陶瓷涂层的剥离强度大于或等于100N/m。

本发明提供技术方案，与现有技术相比，本发明提供一种锂离子电池陶瓷隔膜，其组分包括：基膜；锂离子电池陶瓷隔膜涂层组合物；所述锂离子电池陶瓷隔膜涂层组合物包括：陶瓷粉，粘合剂，分散剂。本发明涉及的技术方案；本发明还提供了一种锂离子电池陶瓷隔膜制备方法，包括以下步骤：S101、将所述锂离子电池陶瓷隔膜涂层的组成物分散于纯水中，得到陶瓷涂层浆料；S102、将所述陶瓷涂层浆料均匀涂覆于所述基膜的表面，加热干燥后，即得到表面涂覆有陶瓷涂层的所述锂离子电池陶瓷隔膜；所述干燥温度为50～90℃，干燥时长为1～20min。相较于现有技术而言，其所述锂离子电池陶瓷隔膜轻薄以及具备优良的低热收缩率和离子通透性，绿色环保。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明涉及的所述锂离子电池陶瓷隔膜的剥离强度测试曲线。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

如图1所示，本申请提供的本申请提供一种锂离子电池陶瓷隔膜，其组分包括：基膜；锂离子电池陶瓷隔膜涂层组合物；所述锂离子电池陶瓷隔膜涂层组合物包括：陶瓷粉，粘合剂，分散剂。本发明涉及的技术方案；本发明还提供了一种锂离子电池陶瓷隔膜制备方法，包括以下步骤：S101、将所述锂离子电池陶瓷隔膜涂层的组成物分散于纯水中，得到陶瓷涂层浆料；S102、将所述陶瓷涂层浆料均匀涂覆于所述基膜的表面，加热干燥后，即得到表面涂覆有陶瓷涂层的所述锂离子电池陶瓷隔膜；所述干燥温度为50～90℃，干燥时长为1～20min。

本发明实施例提供一种锂离子电池陶瓷隔膜，其组分具体包括：基膜；锂离子电池陶瓷隔膜涂层组合物；所述锂离子电池陶瓷隔膜涂层组合物包括：陶瓷粉，粘合剂，分散剂。本发明涉及的技术方案；本发明还提供了一种锂离子电池陶瓷隔膜制备方法，包括以下步骤：S101、将所述锂离子电池陶瓷隔膜涂层的组成物分散于纯水中，得到陶瓷涂层浆料；S102、将所述陶瓷涂层浆料均匀涂覆于所述基膜的表面，加热干燥后，即得到表面涂覆有陶瓷涂层的所述锂离子电池陶瓷隔膜；所述干燥温度为50～90℃，干燥时长为1～20min。相较于现有技术而言，其所述锂离子电池陶瓷隔膜轻薄以及具备优良的低热收缩率和离子通透性，绿色环保。

制备所述锂离子电池陶瓷隔膜实施例1

准备3组浆料制备容器，分别向其中投入纯水54g和分散剂0.15g，该分散剂是市售的水溶性分散剂。充分搅拌，至分散剂完全溶解。随后投入勃姆石粉末陶瓷39g，搅拌分散1h，搅拌转速为1200rpm。随后将转速降至500rpm，并分别投入所述粘合剂，分散30min后，得到陶瓷涂层浆料。使用7μm规格的线棒，将上述陶瓷涂层浆料涂覆在9μm厚的聚乙烯基膜表面，并于60℃的电热鼓风干燥箱内干燥5min后，得到涂层厚度为2μm的锂离子电池陶瓷隔膜。

具体地，在本发明的实施例中，所述干燥温度优选60～70℃，所述干燥时长优选1～5min。

具体地，在本发明的实施例中，所述陶瓷涂层浆料中，锂离子电池陶瓷隔膜涂层的组成物的质量分数是38％～42％。

具体地，在本发明的实施例中，所述基膜的材质包括：聚乙烯以及聚丙烯；所述基膜的厚度为5～12μm。

具体地，在本发明的实施例中，所述基膜的厚度为7～10μm。

具体地，在本发明的实施例中，将所述陶瓷涂层浆料均匀涂覆于所述基膜的表面包括：所述陶瓷涂层浆料涂覆于所述基膜的一个和/或两个表面。

具体地，在本发明的实施例中，干燥后所述陶瓷涂层的厚度是1～3μm。

具体地，在本发明的实施例中，干燥后所述陶瓷涂层的厚度是1.5～2μm。

具体地，测试所述锂离子电池陶瓷隔膜的低热收缩率的步骤为：

取横向与纵向长度均已知的所述锂离子电池陶瓷隔膜一张，夹在两张A4打印纸之间后，水平放置在温度为150℃的烘箱内烘烤1h；

测量烘烤后的所述锂离子电池陶瓷隔膜的横向与纵向长度，并计算低热收缩率。

测试所述锂离子电池陶瓷隔膜的实施例2

热收缩率测试：裁剪横向与纵向长度分别为10cm的陶瓷隔膜一张，夹在两张A4打印纸之间后，水平放置在温度为150℃的烘箱内烘烤1h。测量烘烤后的陶瓷隔膜的横向与纵向长度，并计算热收缩率。

Gurley透气度测试：使用Gurley透气度测试仪，分别测试未涂覆陶瓷涂层的聚乙烯基膜和陶瓷隔膜透过100cc空气所需的时间，二者的差值就是陶瓷隔膜的Gurley透气增加值。

剥离强度测试：使用电子万能试验机测试。

测试结果如下表所示。

具体地，在本发明的实施例中，所述锂离子电池陶瓷隔膜的横向和纵向热收缩率小于或等于3％。

具体地，在本发明的实施例中，所述锂离子电池陶瓷隔膜的Gurley透气增加值小于或等于20s。

具体地，在本发明的实施例中，所述锂离子电池陶瓷隔膜表面的所述陶瓷涂层的剥离强度大于或等于100N/m。

由上所述，本发明实施例涉及的一种锂离子电池陶瓷隔膜，其组分具体包括：基膜；锂离子电池陶瓷隔膜涂层组合物；所述锂离子电池陶瓷隔膜涂层组合物包括：陶瓷粉，粘合剂，分散剂。本发明涉及的技术方案；本发明还提供了一种锂离子电池陶瓷隔膜制备方法，包括以下步骤：S101、将所述锂离子电池陶瓷隔膜涂层的组成物分散于纯水中，得到陶瓷涂层浆料；S102、将所述陶瓷涂层浆料均匀涂覆于所述基膜的表面，加热干燥后，即得到表面涂覆有陶瓷涂层的所述锂离子电池陶瓷隔膜；所述干燥温度为50～90℃，干燥时长为1～20min。相较于现有技术而言，其所述锂离子电池陶瓷隔膜轻薄以及具备优良的低热收缩率和离子通透性，绿色环保。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。