用于改性锂离子电池用隔膜的水性组合物及改性隔膜和电池的制作方法_2

文档序号:9681565阅读:来源:国知局
喷雾干燥后即得本发明 有机纳米颗粒填料。所述聚合物2是聚合反应单体1的聚合产物。
[0026] 所述聚合反应单体1选自丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、苯 乙烯中的一种或多种的组合;所述聚合反应单体1与聚合物1的重量比为2~6 : 1,优选 2 ~4 : 1。
[0027] 进一步地,所述聚合物2由聚合反应单体1和聚合反应单体2共聚而成;所述聚合 反应单体2为具有交联作用的单体,所述聚合反应单体2优选的是,选自二乙烯基苯、双丙 酮丙烯酰胺、Ν,Ν'-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸烯丙酯中的至少一种。
[0028] 所述表面包覆有聚合物1的纳米颗粒的核是无机粒子时,其制备方法如下:任意 顺序将聚合物1与无机颗粒分散在水或有机溶剂中,形成聚合物胶液;通过沉淀分离或喷 雾干燥后即得本发明有机纳米颗粒填料。所述的无机颗粒为A1 203、Si02、Zr02、Ti02、Ca0 2、 MgO等中的任意一种或两种以上的混合物。优选的是,所述纳米无机颗粒为单分散的球形颗 粒,粒径100~lOOOnm,优选粒径300~600nm的球形颗粒。
[0029] 本发明第四个技术方案是:锂离子电池用改性聚烯烃隔膜的制备方法,具体步骤 如下:将上述水性组合物涂布于聚烯烃微孔膜的一面或两面,在烘箱中40°C~120°C干燥 即得。
[0030] 本发明第五个技术方案是:使用上述锂离子电池用改性聚烯烃隔膜制备而成的锂 金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池和锂离子聚合物二次电池。
[0031] 本发明在工艺、性能和成本的优势:
[0032] 1、由于本发明改性锂离子电池用隔膜的水性组合物中含有的有机纳米颗粒填料 为具有加热软化粘合作用的有机纳米粒子或在无机纳米颗粒或者聚合物纳米颗粒表面包 覆了具有加热软化粘合作用的有机物,相对于传统方法,本发明在电芯热压过程中可以迅 速使隔膜与正负极粘接良好,并且在热压过程中可通过纳米点实现有效的粘接,可有效避 免因粘合面积过大堵塞隔膜或电极微孔造成的电极或隔膜吸收电解液变差以及锂离子的 传输通道减少等问题,提高电池强度的同时不影响电池性能。
[0033] 因此,本发明中制备的改性隔膜在保持传统陶瓷涂层隔膜耐热性、高保液,高离子 电导率的同时,还具有良好的正负极粘接性。而且该改性隔膜对正负极粘接力大小可通过 有机纳米颗粒填料的大小和加入量进行调节以满足不同种类电芯的要求。
[0034] 2、使用本发明所制备的锂离子电池隔膜,可极大的简化电池生产工艺,提高生产 效率,降低生产成本。使用该隔膜制备的锂离子电池能量密度高,结构强度好,抗扭曲变形 性好,电芯厚度高温膨胀很小,极大地提高了电池的成品率,
【附图说明】
[0035] 图1是核壳结构的有机纳米颗粒填料的示意图,其图中1表示聚合物1构成的壳, 2表示聚合物2或无机颗粒构成的核。
[0036] 图2是涂覆隔膜示意图,0表示聚烯烃隔膜,3表示无机纳米填料,4表示粘合剂,5 表示有机纳米填料颗粒。其中,涂覆隔膜可为单面涂层也可为双面涂层,填料可全部为有机 纳米颗粒填料,也可以与无机纳米填料共同构成涂层。
[0037] 图3实施例1所述的有机纳米填料颗粒的电镜扫描图。
[0038] 图4实施例1所述的有机纳米填料颗粒的粒径分布图。
[0039] 图5实施例1制备的6只电芯的循环性,1000次循环(1C充放)后,容量保持率均 在90 %以上。
[0040] 图6实施例1制备的电池与对比例制备的电池倍率性能比较。
[0041] 图7实施例1制备的电池与对比例制备的电池低温性能比较。
[0042] 图8实施例1制备的电池与对比例制备的电池循环100周后的电芯外观。
[0043] 图9实施例1制备的电池与对比例制备的电池电芯厚度分布(每种隔膜制作50 只电芯的统计数据)。
[0044] 图10a实施例3所述的有机纳米填料颗粒的透射电镜图。
[0045] 图10b实施例3所述的有机纳米填料颗粒的扫描电镜图。
[0046] 图11实施例3所述的有机纳米填料颗粒的粒径分布图。
【具体实施方式】
[0047] 本发明的第一个技术方案:用于改性锂离子电池用隔膜的水性组合物,包括锂离 子电池用水性粘合剂和分散于其中的有机纳米颗粒填料;所述有机纳米颗粒填料为聚合 物1的纳米颗粒或至少表面包覆有聚合物1的纳米颗粒;所述纳米颗粒的粒径为50~ 2000nm (优选 100 ~700nm)。
[0048] 所述聚合物1选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙 烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、 乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、聚氨酯(PTU)聚合物中至少一种。
[0049] 所述聚合物1优选的是:选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物 (EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)、乙烯-丙烯酸甲酯共 聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)中至少一种。
[0050] 所述聚合物1进一步优选的是:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-醋酸乙烯共聚 物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)中至少一种。
[0051] 所述聚合物1更进一步优选的是:乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共 聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)中至少一种。
[0052] 用于改性锂离子电池用隔膜的水性组合物优选的方案是,所述有机纳米颗粒填料 是核壳结构的纳米粒子,所述核壳结构的壳是上述聚合物1,核是聚合物2或无机颗粒;
[0053] 其中,所述聚合物1选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物 (EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)、乙烯-丙烯酸甲酯共 聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、聚氨酯(PTU)聚合物中至少一种;优选的是: 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙 烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物 (EEA)中至少一种。更优选的是:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、 乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)的纳米颗粒中至少一种。最 优选:乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物 (EMA)中至少一种。
[0054] 所述聚合物2由聚合反应单体1经聚合反应而成,所述聚合反应单体1选自丙烯 腈、甲基丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯中的一种或多种的组合。
[0055] 进一步地,所述聚合物2由聚合反应单体1和聚合反应单体2共聚而成,所述聚合 反应单体2为具有交联作用的单体。所述聚合反应单体2优选的是,选自二乙烯基苯、双丙 酮丙烯酰胺、Ν,Ν'-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸烯丙酯中的至少一种。
[0056] 用于改性锂离子电池用隔膜的水性组合物另一个方案是,所述核壳结构的核是无 机颗粒时,所述无机颗粒为Α1 203、Si02、Zr02、Ti02、Ca0 2、MgO等中的至少一种。
[0057] 本发明用于改性锂离子电池用隔膜的水性组合物优选的方案是,所述改性锂离子 电池用隔膜的水性组合物中还含有纳米无机填料,所述的纳米无机填料为锂离子电池隔膜 适用的无机填料或其它适用的无机填料,比如A1203、Si02、Zr0 2、Ti02、Ca02、MgO等中的至少 一种。优选的为A1203纳米颗粒。
[0058] 关于无机填料的添加量,本领域技术人员可以根据实际的具体情况决定,添加量 一般不超过90%,优选40~70%。所述纳米无机填料粒径优选10~2000nm,更优选100~ lOOOnm。
[0059] 所述水性粘合剂可以是本领域技术人员熟知的锂离子电池用水性粘合剂,比如丙 烯酸酯类水性粘合剂、丁苯橡胶乳液水性粘合剂、苯丙橡胶乳液水性粘合剂;或以水溶性聚 合物聚丙烯酸及其盐、聚甲基丙烯酸及其盐羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺,聚乙烯醇等制备 的水性粘合剂。
[0060] 本发明的第二个术方案是:锂离子电池用改性聚烯烃隔膜,其特征在于包括微孔 聚烯烃隔膜及涂层,所述涂层是上述改性锂离子电池用隔膜的水性组合物涂覆于聚烯烃微 孔膜的表面,干燥而成。
[0061] 所述聚烯烃隔膜为聚丙烯微孔膜、聚乙烯微孔膜或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层 复合微孔膜。
[0062] 本发明的第三个技术方案是:用于改性锂离子电池用隔膜的水性组合物的制备方 法,其特征在于:将所述有机纳米颗粒填料均匀分散在水性粘合剂中即得。所述有机纳米颗 粒填料为聚合物1的纳米颗粒或至少表面包覆有聚合物1的纳米颗粒。
[0063] 所述聚合物1纳米颗粒可以购自市售产品,也可以将市售的聚合物1溶解在水或 有机溶剂中,经喷雾干燥或沉淀得纳米颗粒;所述纳米颗粒的粒径为50~2000nm(优选 100 ~700nm) 〇
[0064] 表面包覆有聚合物1的纳米颗粒是核壳结构的有机纳米颗粒填料,所述核是聚合 物2或无机颗粒;所述壳是上述聚合物1。
[0065] 所述表面包覆有聚合物1的纳米颗粒的核是聚合物2时,其制备方法如下:
[0066] 将聚合物1树脂溶解在水或有机溶剂中,加入聚合反应单体1后升温至50~ 140°C,滴加引发剂引发聚
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