CN106876632A - 一种锂离子电池用陶瓷隔膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池用陶瓷隔膜及其制备方法，该陶瓷隔膜包括基材和附着在基材一面或者两面的陶瓷涂层，所述基材为涤纶纺粘无纺布、无纺聚酯纤维布、丙纶纺粘无纺布中的一种，所述陶瓷涂层是通过将陶瓷溶液涂覆到基材表面经干燥固化得到，所述陶瓷溶液由以下质量百分含量的原料组成：勃姆石：40%～60%；水性粘合剂：2%～15%；余量为水。该陶瓷隔膜的制备方法如下：先配置好陶瓷溶液，再将陶瓷溶液涂覆到基材的至少一个表面，干燥固化。本发明的锂离子电池用陶瓷隔膜中的基材和陶瓷涂层结合牢靠，稳定性好，厚度均匀，具有理想的孔隙率，耐高温，低收缩，抗拉强度高，可有效防止因电池内部短路而引起的电池热失控。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池用陶瓷隔膜及其制备方法，属于电化学领域。
背景技术
隔膜是锂离子电池中的关键组件之一，主要功能是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能，从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池安全性能的好坏。
目前，市场上常见的锂离子电池隔膜主要包括以下两种：有机高分子类隔膜和单层或多层陶瓷隔膜。有机高分子类隔膜主要包括聚乙烯膜、聚丙烯膜等，这类隔膜的耐热性差、孔隙率低，易受热变形，导致正负极相互接触而发生内部短路，最终可能会发生热失控或者爆炸，在安全方面存在很大的隐忧，同时，由于受制备工艺的限制，这类隔膜被硬物刺穿后，会遭受不可逆的伤害；陶瓷隔膜是通过在有机高分子类隔膜的单面或是两面涂覆上陶瓷涂料层而得到，常用的陶瓷粉为纳米氧化铝颗粒，由于氧化铝颗粒之间易团聚，形成较大团聚颗粒，均匀性低，易掉粉，同样存在较大的热失控风险。
无纺布隔膜近几年广受关注的一种新型隔膜，具有耐高温，孔隙率高等优点，而且由于其具有三维孔结构，可在一定程度上避免隔膜被硬物刺穿造成的短路现象，并提高保液率。然而，无纺布隔膜的孔径分布较宽，有一定比例的大孔存在，直接作为隔膜使用可能会造成局部大电流，且其机械强度较差，影响了此类隔膜在锂离子电池领域的应用。
因此，亟需开发一种适用于动力锂离子电池的新型隔膜，以满足日益增长的市场需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池用陶瓷隔膜及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种锂离子电池用陶瓷隔膜，包括基材和附着在基材一面或者两面的陶瓷涂层，所述基材为涤纶纺粘无纺布、无纺聚酯纤维布、丙纶纺粘无纺布中的一种，所述陶瓷涂层是通过将陶瓷溶液涂覆到基材表面经干燥固化得到，所述陶瓷溶液由以下质量百分含量的原料组成：勃姆石：40％～60％；水性粘合剂：2％～15％；余量为水。
所述陶瓷涂层为一次涂覆得到的单层结构或多次涂覆得到的多层结构。
所述基材的厚度为10～25μm，面密度为8～20g/m2。
所述陶瓷涂层的厚度为5～25μm。
所述勃姆石的粒径为0.06～3μm。
所述水性粘合剂为羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、苯丙乳液、聚乙烯醇、丙烯酸乳液、聚丙酸酰胺、苯乙烯马来酸树脂、聚酰胺多胺中的至少一种。
上述锂离子电池用陶瓷隔膜的制备方法包括以下步骤：先将勃姆石、水性粘合剂和水按比例混合均匀，得到陶瓷溶液，再将陶瓷溶液涂覆到基材的至少一个表面，干燥固化，得到锂离子电池用陶瓷隔膜。
所述涂覆的方法为微凹涂布、挤压涂布、浸涂、喷涂中的至少一种。
本发明的有益效果是：
1)本发明的锂离子电池用陶瓷隔膜厚度均匀，具有理想的孔隙率，可有效加快离子的迁移速度，并能提高制备得到的锂离子电池的能量密度；
2)本发明的锂离子电池用陶瓷隔膜中的基材和陶瓷涂层结合牢靠，不易发生脱落，不易掉粉，稳定性好；
3)本发明的锂离子电池用陶瓷隔膜用于电池制造时，可以在110～120℃下进行操作，减少了电池烘烤时间，简化了操作，节约了能源，节省了成本，提高了生产效率；
4)本发明的锂离子电池用陶瓷隔膜耐高温、耐穿刺、低收缩(220℃无明显收缩)，抗拉强度高，可有效防止因电池内部短路而引起的电池热失控。
附图说明
图1为实施例1中的涤纶纺粘无纺布的SEM照片。
图2为实施例1的锂离子电池用陶瓷隔膜表面的SEM照片。
图3为实施例1的锂离子电池用陶瓷隔膜横截面的SEM照片。
具体实施方式
一种锂离子电池用陶瓷隔膜，包括基材和附着在基材一面或者两面的陶瓷涂层，所述基材为涤纶纺粘无纺布、无纺聚酯纤维布、丙纶纺粘无纺布中的一种，所述陶瓷涂层是通过将陶瓷溶液涂覆到基材表面经干燥固化得到，所述陶瓷溶液由以下质量百分含量的原料组成：勃姆石：40％～60％；水性粘合剂：2％～15％；余量为水。
优选的，所述陶瓷涂层为一次涂覆得到的单层结构或多次涂覆得到的多层结构。
优选的，所述基材的厚度为10～25μm，面密度为8～20g/m2。
优选的，所述陶瓷涂层的厚度为5～25μm。
优选的，所述勃姆石的粒径为0.06～3μm。
优选的，所述水性粘合剂为羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、苯丙乳液、聚乙烯醇、丙烯酸乳液、聚丙酸酰胺、苯乙烯马来酸树脂、聚酰胺多胺中的至少一种。
上述锂离子电池用陶瓷隔膜的制备方法包括以下步骤：先将勃姆石、水性粘合剂和水按比例混合均匀，得到陶瓷溶液，再将陶瓷溶液涂覆到基材的至少一个表面，干燥固化，得到锂离子电池用陶瓷隔膜。
优选的，所述涂覆的方法为微凹涂布、挤压涂布、浸涂、喷涂中的至少一种。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
选择厚度为10μm，面密度为20g/m2的涤纶纺粘无纺布作为基材；配制的陶瓷溶液中各原料的质量百分含量如下：勃姆石：40％；羧甲基纤维素：6％；去离子水：54％。
通过喷涂的方式在涤纶纺粘无纺布的两个表面均涂覆上陶瓷溶液，干燥固化，即得到锂离子电池用陶瓷隔膜。
本实施例中的涤纶纺粘无纺布的SEM照片如图1所示；本实施例制备的锂离子电池用陶瓷隔膜表面的SEM照片如图2所示，横截面的SEM照片如图3所示。
实施例2：
选择厚度为15μm，面密度为20g/m2的无纺聚酯纤维布作为基材；配制的陶瓷溶液中各原料的质量百分含量如下：勃姆石：45％；聚乙烯醇：2％；去离子水：53％。
通过微凹涂布的方式在无纺聚酯纤维布的一个表面涂覆上陶瓷溶液，干燥固化，即得到锂离子电池用陶瓷隔膜。
实施例3：
选择厚度为15μm，面密度为15g/m2的丙纶纺粘无纺布作为基材；配制的陶瓷溶液中各原料的质量百分含量如下：勃姆石：50％；聚乙烯吡咯烷酮：5％；去离子水：45％。
将涤纶纺粘无纺布浸入陶瓷溶液中，取出干燥固化，即得到锂离子电池用陶瓷隔膜。
实施例4：
选择厚度为20μm，面密度为10g/m2的无纺聚酯纤维布作为基材；配制的陶瓷溶液中各原料的质量百分含量如下：勃姆石：55％；苯丙乳液：4％；去离子水：41％。
先通过挤压涂布的方式在丙纶纺粘无纺布的一个表面涂覆上陶瓷溶液，干燥固化，再通过挤压涂布的方式在丙纶纺粘无纺布涂覆了陶瓷溶液的那一面涂覆上陶瓷溶液，干燥固化，即得到锂离子电池用陶瓷隔膜。
实施例5：
选择厚度为25μm，面密度为8g/m2的无纺聚酯纤维布作为基材；配制的陶瓷溶液中各原料的质量百分含量如下：勃姆石：50％；苯丙乳液：5％；去离子水：45％。
通过挤压涂布的方式在丙纶纺粘无纺布的一个表面涂覆上陶瓷溶液，干燥固化，即得到锂离子电池用陶瓷隔膜。
测试例：
选择厚度为15μm，面密度为15g/m2的涤纶纺粘无纺布作为基材；配制的陶瓷溶液中各原料的质量百分含量如下：勃姆石：45％；羧甲基纤维素：5％；去离子水：50％。
制备如下样品：
样品1：涤纶纺粘无纺布，不做任何处理；
样品2：涤纶纺粘无纺布，单面涂覆一层上述陶瓷溶液，干燥固化后，陶瓷涂层厚度为10μm；
样品3：涤纶纺粘无纺布，单面涂覆两层上述陶瓷溶液，干燥固化后，陶瓷涂层为两层结构，每层的厚度均为10μm。
对样品1～3进行性能测试，其测试结果如表1所示：
表1样品1～3的性能测试结果
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种锂离子电池用陶瓷隔膜，包括基材和附着在基材一面或者两面的陶瓷涂层，其特征在于：所述基材为涤纶纺粘无纺布、无纺聚酯纤维布、丙纶纺粘无纺布中的一种，所述陶瓷涂层是通过将陶瓷溶液涂覆到基材表面经干燥固化得到，所述陶瓷溶液由以下质量百分含量的原料组成：勃姆石：40%～60%；水性粘合剂：2%～15%；余量为水。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其特征在于：所述陶瓷涂层为一次涂覆得到的单层结构或多次涂覆得到的多层结构。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其特征在于：所述基材的厚度为10～25μm，面密度为8～20g/m2。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其特征在于：所述陶瓷涂层的厚度为5～25μm。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其特征在于：所述勃姆石的粒径为0.06～3μm。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其特征在于：所述水性粘合剂为羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、苯丙乳液、聚乙烯醇、丙烯酸乳液、聚丙酸酰胺、苯乙烯马来酸树脂、聚酰胺多胺中的至少一种。
7.权利要求1～6中任意一项所述的锂离子电池用陶瓷隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：先将勃姆石、水性粘合剂和水按比例混合均匀，得到陶瓷溶液，再将陶瓷溶液涂覆到基材的至少一个表面，干燥固化，得到锂离子电池用陶瓷隔膜。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述涂覆的方法为微凹涂布、挤压涂布、浸涂、喷涂中的至少一种。
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