一種鋰離子電池用改性陶瓷隔膜及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池材料技術(shù)領(lǐng)域一種鋰離子電池用改性陶瓷隔膜及制備方法，包括:陶瓷涂覆層及基膜的改性方法和改性陶瓷鋰離子電池隔膜。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有能量密度高，循環(huán)壽命長，自放電率小，無記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備，電動工具，電動車輛及儲能等方面。
[0003]隔膜是鋰離子電池中關(guān)鍵的內(nèi)層組件。電池的容量，循環(huán)性能和充放電電流密度，耐高溫及高強(qiáng)度，安全保障等關(guān)鍵性能都與隔膜有直接的關(guān)系。
[0004]常規(guī)的鋰離子電池隔膜多以聚烯烴PP，PE材料為首選。隨著鋰離子電池產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用市場的發(fā)展，電池的綜合性能及安全性能要求越來越高。陶瓷涂覆隔膜應(yīng)用于4.35V以上高電壓，高能量密度鋰離子電池，可有效解決常規(guī)隔膜在長期循環(huán)中不耐高電勢氧化的問題，同時提高了鋰離子電池的耐高溫性能，有效改善了鋰離子電池的安全性。
[0005]目前隔膜涂覆多采用浸潰法，即將聚烯烴基膜先行經(jīng)易揮發(fā)性溶劑浸潤后，通過一定濃度的陶瓷膠液，使基膜表面粘有一定量的膠液，烘干后使膠液固定在基膜表面成為涂覆隔膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池用改性陶瓷隔膜及制備方法，包括:陶瓷漿料的改性方法和聚烯烴基膜的改性方法及陶瓷涂覆隔膜。制成的隔膜可廣泛應(yīng)用于4.35V以上高電壓，高能量密度鋰離子電池，在長期循環(huán)中耐高電勢氧化，耐高溫，保障安全，提高鋰離子電池綜合性能。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種鋰離子電池用改性陶瓷隔膜制備方法:先將納米陶瓷粉體A1203用烷基陰離子表面活性劑及乙烯基或氨基硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性，降低粉體表面能，阻止或減少粉體團(tuán)聚，提高分散性，改善納米粉體粒子與相應(yīng)體系中漿料物質(zhì)的相容性，并以聚丙烯酸鈉和CMC為分散劑，混合研磨成穩(wěn)定漿料，再與丙烯酸酯共聚物水性粘合劑混合研磨制成改性陶瓷涂覆膠漿。
[0009]同時，用低溫等離子體處理聚烯烴PP，PE基膜，提高基膜表面能，并用海洋生物質(zhì)殼聚糖對基膜進(jìn)行表面改性，有效降低涂層對基膜空隙的填充覆蓋，減少電池內(nèi)阻，改善基膜的離子導(dǎo)通率。之后，對表面改性的聚烯烴基膜進(jìn)行涂覆水性陶瓷膠漿，經(jīng)烘干即成改性陶瓷隔膜。
[0010]由上述制備成的改性陶瓷隔膜比常規(guī)隔膜具有更好的電解液浸潤性，較高的孔隙率和離子電導(dǎo)率，并減少電子電阻以有適合的機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)良的耐高溫性和安全性。其制備工藝簡單，設(shè)備要求低，，成本低而且環(huán)保，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0011]具體實(shí)施方法
[0012]先將聚烯烴【PP，PE】微孔基膜進(jìn)行表面改性，用去離子水清洗，通過低溫等離子體設(shè)備，在工作氣體氧氣，氣壓25Pa，40—80W的條件下，處理時間2min以提高基膜表面能后，立即浸入0.5—2.5%【W(wǎng)/V】濃度的殼聚糖溶液2min【殼聚糖脫乙酰度小于90%，粘度小于lOOcps】。聚烯烴【PP，PE】微孔基膜表面接枝一定量的殼聚糖分子上的羥基，氨基親水基團(tuán)，大大提高親水性能。之后再通過濃度0.1—3%的乙烯基硅烷偶聯(lián)劑溶液浸潤1s接枝偶聯(lián)官能團(tuán)，保護(hù)了基膜微孔率，改善了基膜涂覆改性陶瓷膠漿粘結(jié)的相容性，適應(yīng)性，粘結(jié)性，改善基膜的離子導(dǎo)通率。
[0013]同時將納米陶瓷粉體AI203進(jìn)行表面改性，將乙烯基或氨基硅烷偶聯(lián)劑水解配成PH值3—5的溶液，偶聯(lián)劑用量為無機(jī)粉體質(zhì)量的0.1—3%，用去離子水稀釋成0.5—1%的濃度，均勻噴淋于攪拌中的納米陶瓷粉體AI203【純度99.9%，平均粒度4微米】，進(jìn)行充分混合，邊攪拌邊加入含有十二烷基陰離子表活劑1一5%【W(wǎng)/V】，分散劑聚丙烯酸鈉和CMC【用量為0.1—0.8%無機(jī)粉體質(zhì)量】，PH = 9的去離子水溶液,混合研磨60min,制得固量25-57%穩(wěn)定的納米陶瓷漿料，過200目尼龍篩網(wǎng)后和丙烯酸酯共聚物水性粘合劑混合研磨60min，過200目尼龍篩網(wǎng)后，制備成可進(jìn)行涂覆的改性陶瓷隔膜膠漿。經(jīng)過改性的納米陶瓷漿料，提高了親水性，分散性，提高了孔隙率，減輕粉體團(tuán)聚體形成，改善了陶瓷漿料與水性粘合劑混合的涂覆膠漿與基膜的相容性和粘結(jié)性，有效解決常規(guī)陶瓷涂覆隔膜的“落粉，，問題。
[0014]將改性的陶瓷隔膜膠漿經(jīng)涂布機(jī)涂覆于經(jīng)過表面改性的聚烯烴微孔基膜【PP，PE】表面上，經(jīng)30米烘道烘干后即可卷膜成品，為鋰離子電池生產(chǎn)提供一種改性的陶瓷隔膜。
【附圖說明】
[0015]附圖是一種鋰離子電池用改性陶瓷隔膜生產(chǎn)工藝流程圖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用改性陶瓷隔膜及制備方法，權(quán)利要求如下: 一。聚烯烴【PP，PE】基膜的表面改性: (1)低溫等離子體處理的工作條件:工作氣體02，氣壓25pa，40—80W，2min； (2)海洋生物質(zhì)殼聚糖進(jìn)行改性，提高聚烯烴基膜親水性。選用殼聚糖脫乙酰度小于90%，粘度小于10cps的殼聚糖及選用0.5—2.5% [W/V]的量。 (3)選用乙烯基，氨基硅烷偶聯(lián)劑對基膜進(jìn)行表面改性，0.1—3%的用量及0.5-1%的濃度。提高基膜與改性陶瓷膠漿的相容性，粘結(jié)性。 二。納米陶瓷粉體AI203的表面改性: (1)選用十二烷基陰離子表活劑及用量1一5%和分散劑聚丙烯酸鈉和CMC對陶瓷粉體親水性及減少粉體團(tuán)聚改性的用量0.1—0.8%，PH值及應(yīng)用工藝。 (2)選用乙烯基，氨基硅烷偶聯(lián)劑改性陶瓷粉體，提高改性陶瓷膠漿與聚烯烴基膜的相容性，浸潤性，粘結(jié)性的用量0.1—3%以及濃度0.5—1%及應(yīng)用方法。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用改性陶瓷隔膜及制備方法，包括納米粉體陶瓷漿料及聚烯烴基膜的改性方法。所述改性陶瓷漿料主要由烷基陰離子表面活性劑，乙烯基或氨基硅烷偶聯(lián)劑對陶瓷粉體進(jìn)行表面改性，減少粉體團(tuán)聚，提高分散性，相容性。再與丙烯酸酯共聚物水性粘合劑研磨成改性陶瓷膠漿。然后將改性陶瓷膠漿涂覆在已經(jīng)低溫等離子體處理及生物質(zhì)殼聚糖，乙烯基，氨基硅烷偶聯(lián)劑表面改性的聚烯烴基膜上，烘干后卷膜成品。改性后的陶瓷隔膜提高了親水性及涂覆適應(yīng)性，粘結(jié)性，比常規(guī)隔膜具有更好的電解液浸潤性，較高的孔隙率和離子導(dǎo)電率，減少電池的內(nèi)阻以及有適合的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)良的耐高溫性，可靠的安全性，可廣泛應(yīng)用于4.35V以上高電壓，高能量密度鋰離子電池，顯著提高鋰離子電池的綜合性能。
【IPC分類】H01M2-16
【公開號】CN104538576
【申請?zhí)枴緾N201410782452
【發(fā)明人】毛贏超, 高悟兒
【申請人】毛贏超, 高悟兒
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月17日