粘结性电池隔膜及其制备方法与流程

本发明属于电池制备技术领域，特别是涉及一种粘结性电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池通常主要由正极、负极、隔膜、电解液以及电池外壳组成。锂离子电池结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的主要作用是将电池的正、负极分隔开来，防止正负极直接接触而短路，同时还要使电解质离子能够在电池充放电过程中顺利通过，形成电流；在电池工作温度发生异常升高时，关闭电解质离子的迁移通道，切断电流保证电池安全。由此可见，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。目前市售的锂离子电池隔膜一般采用聚烯烃多孔膜。然而，现有的隔膜都是在基膜上涂覆涂层，但一般粘结性不是很好，对电池的寿命及性能等有着严重的影响。

因此，如何提供一种粘结性电池隔膜及其制备方法以解决上述技术问题实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种粘结性电池隔膜及制备方法，用于解决现有技术中电池隔膜粘性不足等问题，以及所导致的电池性能无法满足要求等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种粘结性电池隔膜，包括基膜；以及设置于所述基膜上的粘结性涂覆层，其中，所述粘结性涂覆层的构成原料包括聚偏氟乙烯及有机溶剂。

作为本发明的一种优选方案，所述聚偏氟乙烯与所述有机溶剂的重量比介于1:10～1:15之间。

作为本发明的一种优选方案，所述有机溶剂选自于n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜中的一种或多种的组合。

作为本发明的一种优选方案，所述粘结性电池隔膜还包括阻燃层，其中，所述阻燃层位于所述基膜的至少一表面上，所述粘结性涂覆层位于所述阻燃层的表面。

作为本发明的一种优选方案，所述阻燃层的构成原料包括至少两种粒径大小不同的陶瓷颗粒。

作为本发明的一种优选方案，所述陶瓷颗粒的外轮廓包括非球形。

作为本发明的一种优选方案，所述陶瓷颗粒选自于氧化铝、勃姆石及氧化镁中的一种或多种的组合。

作为本发明的一种优选方案，所述阻燃层的构成原料包括第一陶瓷颗粒及第二陶瓷颗粒，其中，所述第.一陶瓷颗粒的粒径大于所述第二陶瓷颗粒的粒径，且所述第一陶瓷颗粒的比表面积小于所述第二陶瓷颗粒的比表面积。

作为本发明的一种优选方案，所述第一陶瓷颗粒的重量份数范围在68％-78％以内；所述第二陶瓷颗粒的重量份数范围在25％-32％以内。

作为本发明的一种优选方案，所述阻燃层的构成原料包括第一陶瓷颗粒及第二陶瓷颗粒，其中，所述第一陶瓷颗粒的粒径范围在550nm-580nm以内，所述第二陶瓷颗粒的粒径范围在220nm-480nm以内，所述第一陶瓷颗粒的比表面积范围在20m²/g-25m²/g以内，所述第二陶瓷颗粒的比表面积范围在25m²/g-35m²/g以内。

作为本发明的一种优选方案，所述粘结性涂覆层的厚度范围在1.8μm-5μm以内；所述阻燃层的厚度范围在0.5μm-1.3μm以内。

本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上述任意一项方案所述的粘结性电池隔膜。

本发明还提供一种粘结性电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一基膜；

2)制备陶瓷浆料，将所述陶瓷浆料涂覆于所述基膜的至少一表面上，以形成阻燃层；

3)制备涂层浆料，并将所述涂层浆料涂覆于所述阻燃层表面上，以形成粘结性涂覆层，其中，所述涂层浆料包括聚偏氟乙烯及有机溶剂。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，采用凹版辊涂布方式均匀涂覆所述陶瓷浆料；步骤3)中，采用凹版辊涂布方式均匀涂覆所述涂层浆料，所述涂层浆料的涂布速度范围在60-80m/min以内；步骤3)中，所述涂层浆料涂覆后还包括采用多节烘箱进行干燥的步骤。

如上所述，本发明的涂层浆料、涂层、粘结性电池隔膜及制备方法，具有以下有益效果：

本发明提供一种涂层浆料、由其制备形成的粘结性电池隔膜涂层以及基于其得到的粘结性电池隔膜，本发明的涂层浆料由聚偏氟乙烯(pvdf)构成，且采用有机溶剂作为溶剂，相对于水等作为溶剂，极大地改善了形成电池隔膜涂层的粘结性，最终得到的粘结性电池隔膜的粘结效果得到极大的改善，电池的寿命及各性能得到有效的提升。

附图说明

图1显示为本发明提供的粘结性电池隔膜的结构示意图。

图2显示为本发明提供的粘结性电池隔膜的制备工艺流程图。

元件标号说明

11基膜

21阻燃层

22粘结性涂覆层

s1～s3步骤1)～步骤3)

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明还提供一种粘结性电池隔膜，所述粘结性电池隔膜包括基膜11；以及设置于所述基膜上的粘结性涂覆层22，其中，所述粘结性涂覆层22的构成原料包括聚偏氟乙烯及有机溶剂。

作为示例，所述聚偏氟乙烯与所述有机溶剂的重量比介于1:10～1:15之间。

作为示例，所述有机溶剂选自于n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜中的一种或多种的组合。

具体的，在本示例中，构成所述粘结性涂覆层的涂层浆料由聚偏氟乙烯(pvdf)和有机溶剂组成，有机溶剂可以选自上述中一种，也可以是上述中两种的组合，或者两种以上的组合，另外，所述聚偏氟乙烯与所述有机溶剂的重量比优选介于1:12-1:14之间，其中，本文中的“介于…之间”以及“在…以内”是指包括端点的数值范围。本发明进行上述设计的涂层浆料，通过溶剂的改进，控制聚偏氟乙烯与有机溶剂的合适的组分比，改善了其制备得到涂层的粘结性，拓宽了得到涂层的应用范围，提高了得到电池的性能。

作为示例，所述粘结性电池隔膜还包括阻燃层21，其中，所述阻燃层21位于所述基膜11的至少一表面上，所述粘结性涂覆层22位于所述阻燃层21的表面。

具体的，本发明还提供一种电池隔膜的结构，该结构中包括采用本发明提供的涂层浆料制备的电池隔膜涂层，从而可以提高电池隔膜的粘结性，在一较佳的实施例中，电池隔膜结构除了包括上述电池隔膜涂层(即所述粘结性涂覆层)外，还包括阻燃层21，其中，所述阻燃层21形成于所述基膜11的表面上，具体涂覆位置依据实际情况选择，优选地，在所述基膜11相对的两侧各涂覆形成一层阻燃层，另外，在一优选的实施例中，所述粘结性涂覆层22设置在每一个所述阻燃层远离所述基膜并与其相对的表面上，当然，所述基膜11的不形成所述阻燃层的表面也可以涂覆所述粘结性涂覆层22，以实际情况而定。

作为示例，所述阻燃层21的构成原料包括至少两种粒径大小不同的陶瓷颗粒。

作为示例，所述陶瓷颗粒的外轮廓包括非球形。

作为一示例，所述陶瓷颗粒的种类包括无机填充物，选自于氧化铝、勃姆石、氧化镁中的一种或两种及以上的组合。

具体的，本示例提供一种阻燃层的构成，在一示例中，其由陶瓷浆料构成，也即由陶瓷颗粒构成，在一优选示例中，由粒径大小不同的陶瓷颗粒构成，如可以由两种粒径大小的陶瓷颗粒构成，也可以由三种及三种以上的陶瓷颗粒构成，陶瓷颗粒粒径的不同有利于提高形成的阻燃层的阻燃特性以及致密性等，此时，可以采用相同种类的陶瓷材料，也可以选择不同种类的陶瓷材料。另外，在一示例中，所述陶瓷颗粒中至少一种粒径的陶瓷颗粒的外轮廓的形貌为非球形，如椭球型、不规则形等，当然，在一较佳实施例中，所有粒径大小的陶瓷颗粒均选择为非球形的颗粒，从而可以有利于增强颗粒与溶剂的粘结能力。

作为示例，所述阻燃层的构成原料包括第一陶瓷颗粒及第二陶瓷颗粒，其中，所述第一陶瓷颗粒的粒径大于所述第二陶瓷颗粒的粒径，且所述第一陶瓷颗粒的比表面积小于所述第二陶瓷颗粒的比表面积。

作为示例，所述第一陶瓷颗粒的重量份数范围在68％-78％以内；所述第二陶瓷颗粒的重量份数范围在25％-32％以内。

具体的，本示例提供另外一种阻燃层的构成，包括两种粒径大小的陶瓷颗粒，并进一步在选择陶瓷颗粒的过程中控制二者的比表面积，从而在粒径大小和比表面积的上述组合下可以进一步提高阻燃层的阻燃特性，并有利于后续粘结性涂覆层的形成及性能提高。

进一步，在一进一步优选的实施例中，控制所述第一陶瓷颗粒的重量份数大于所述第二陶瓷颗粒的重量份数，优选地，所述第一陶瓷颗粒的重量份数范围在70％-75％以内；所述第二陶瓷颗粒的重量份数范围在27％-30％以内。

作为示例，所述阻燃层的构成原料包括第一陶瓷颗粒及第二陶瓷颗粒，其中，所述第一陶瓷颗粒的粒径范围在550nm-580nm以内，优选在560nm-570nm以内，所述第二陶瓷颗粒的粒径范围在220nm-480nm以内，优选在300nm-400nm以内，所述第一陶瓷颗粒的比表面积范围在20m²/g-25m²/g以内，优选在21m²/g-24m²/g以内，所述第二陶瓷颗粒的比表面积范围在25m²/g-35m2/g以内，优选在28m²/g-32m²/g以内。

作为示例，所述粘结性涂覆层的厚度范围在1.8μm-5μm以内，优选在2.5μm-3.5μm以内；所述阻燃层的厚度范围在0.5μm-1.3μm以内，优选在0.8μm-1.1μm以内。另外，本发明的基膜包括聚乙烯微孔隔膜，其厚度范围在7μm-11μm以内，本示例选择9μm。

本发明提供一种用于制备粘结性电池隔膜的涂层浆料，所述涂层浆料的组分包括聚偏氟乙烯及有机溶剂，其中，所述聚偏氟乙烯与所述有机溶剂的重量比介于1:10～1:15之间。

作为示例，所述有机溶剂选自于n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺以及二甲基亚砜中的一种或多种的组合。

具体的，在本示例中，涂层浆料由聚偏氟乙烯(pvdf)和有机溶剂组成，有机溶剂可以选自上述中一种，也可以是上述中两种的组合，或者两种以上的组合，另外，所述聚偏氟乙烯与所述有机溶剂的重量比优选介于1:12-1:14之间，其中，本文中的“介于…之间”以及“在…以内”是指包括端点的数值范围。本发明进行上述设计的涂层浆料，通过溶剂的改进，控制聚偏氟乙烯与有机溶剂的合适的组分比，改善了其制备得到涂层的粘结性，拓宽了得到涂层的应用范围，提高了得到电池的性能。

本发明还提供一种粘结性电池隔膜涂层，其特征在于，所述粘结性电池隔膜涂层由上述方案中任意一项所述的涂层浆料制备得到。

如图2所示，本发明还提供一种粘结性电池隔膜的制备方法，其中，本发明提供的粘结性电池隔膜优选采用本制备方法制备得到，包括如下步骤：

1)提供一基膜11；

2)制备陶瓷浆料，将所述陶瓷浆料涂覆于所述基膜的至少一表面上，以形成阻燃层21；

3)制备涂层浆料，并将所述涂层浆料涂覆于所述阻燃层21表面上，以形成粘结性涂覆层22，其中，所述涂层浆料包括聚偏氟乙烯及有机溶剂。

具体的，本发明还提供一种粘结性电池隔膜的制备方法，其中，步骤2)中形成的所述阻燃层优选采用本发明在粘结性电池隔膜的描述中所提供的阻燃层，其构成原料也采用本发明在粘结性电池隔膜的描述中所提供的陶瓷浆料，也即上述陶瓷颗粒，其中，制备陶瓷浆料也即按照构成阻燃层组分的配比制备陶瓷浆料。另外，步骤3)中的涂层浆料优选采用本发明提供的用于制备粘结性电池隔膜的涂层浆料，其中，制备涂层浆料也即按照上述描述的涂层构成的组分配比制备涂层浆料。

作为示例，所述聚偏氟乙烯与所述有机溶剂的重量比介于1:10～1:15之间。

作为示例，所述有机溶剂选自于n-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺及二甲基亚砜中的一种或多种的组合。

作为示例，所述阻燃层的构成原料，即所述陶瓷浆料包括至少两种粒径大小不同的陶瓷颗粒。

作为示例，所述陶瓷颗粒的外轮廓包括非球形。

作为示例，所述陶瓷颗粒选自于氧化铝、勃姆石及氧化镁中的一种或多种的组合。

作为示例，所述阻燃层的构成原料，即所述陶瓷浆料包括第一陶瓷颗粒及第二陶瓷颗粒，其中，所述第一陶瓷颗粒的粒径大于所述第二陶瓷颗粒的粒径，且所述第一陶瓷颗粒的比表面积小于所述第二陶瓷颗粒的比表面积。

作为示例，所述第一陶瓷颗粒的重量份数范围在68％-78％以内；所述第二陶瓷颗粒的重量份数范围在25％-32％以内。

作为示例，所述阻燃层的构成原料，即所述陶瓷浆料包括第一陶瓷颗粒及第二陶瓷颗粒，其中，所述第一陶瓷颗粒的粒径范围在550nm-580nm以内，所述第二陶瓷颗粒的粒径范围在220nm-480nm以内，所述第一陶瓷颗粒的比表面积范围在20m²/g-25m²/g以内，所述第二陶瓷颗粒的比表面积范围在25m²/g-35m²/g以内。

作为示例，步骤2)中，采用凹版辊涂布方式均匀涂覆所述陶瓷浆料；步骤3)中，采用凹版辊涂布方式均匀涂覆所述涂层浆料，所述涂层浆料的涂布速度范围在60m/min-80m/min以内；步骤3)中，所述涂层浆料涂覆后还包括采用多节烘箱进行干燥的步骤。

具体的，在一优选示例中，所述涂层浆料的涂布速度选择为70m/min，且涂覆后经过5节烘箱干燥，烘箱温度范围依次为63-67℃，71-79℃，71-79℃，71-79℃，68-72℃，优选烘箱温度依次为65℃，75℃，75℃，75℃，70℃，干燥后得到所需锂离子电池隔膜。

另外，本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上述任意一项方案所述的粘结性电池隔膜，本发明还提供一种锂离子电池的制备方法，所述锂离子电池的制备方法包括采用如上述任意一项方案所述的电池隔膜的制备方法制备电池隔膜的步骤。本发明所述的锂离子电池优选采用本发明提供的锂离子电池的制备方法制备得到。采用本发明的粘结性电池隔膜得到的锂离子电池，粘结性能得到极大的改善，电池的寿命及各性能得到有效的提升。

下面结合具体示例数据进一步说明本发明的方法结构、制备及效果。

1)：称取粒径为3μm的氧化铝粉末20kg，加入到40kg水中充分搅拌配成氧化铝水溶液，加入固含量为35％的六偏磷酸钠水溶液1.3kg，充分研磨搅拌30min，使得颗粒物的粒径范围在0.5-3μm之间，然后加入固含量35％的羟丙基瓜尔胶水溶液4kg搅拌均匀，制成固含量为35％陶瓷浆料；

2)称取0.1kg的助溶剂licl加入到3kg的第一溶剂丙酮中搅拌至完全溶解，边搅拌边缓慢加入分子量为10-100万的分散剂聚氧化乙烯粉末0.1kg，以及0.1kg的氧化铝搅拌至分散均匀，再缓慢加入聚偏氟乙烯溶液(聚偏氟乙烯含量为8％)7kg搅拌均匀，即可制得聚偏氟乙烯浆料；

3)取9μm厚度的基膜，采用凹版辊涂布方式将所制得的陶瓷浆料均匀涂覆在基膜的单侧，然后将所制得的pvdf浆料均匀涂覆在基膜的单侧。涂布速度为75m/min，涂布膜经涂布后直接进入五节烘箱进行烘干，各级烘箱温度分别为60℃，70℃，75℃，75℃，75℃，干燥之后即可得到锂离子电池隔膜，所述的锂离子电池隔膜的厚度为9μm，涂层厚度为5μm。经过上述过程得到的电池隔膜的粘结性得到了极大地改善，各项性能得到了进一步优化。

综上所述，本发明提供一种粘结性电池隔膜及其制备方法，所述粘结性电池隔膜包括基膜以及设置于所述基膜上的粘结性涂覆层，其中，所述粘结性涂覆层的构成原料包括聚偏氟乙烯及有机溶剂。本发明提供一种涂层浆料、由其制备形成的粘结性电池隔膜涂层以及基于其得到的粘结性电池隔膜，本发明的涂层浆料由聚偏氟乙烯(pvdf)构成，且采用有机溶剂作为溶剂，相对于水等作为溶剂，极大地改善了形成电池隔膜涂层的粘结性，最终得到的粘结性电池隔膜的粘结效果得到极大的改善，电池的寿命及各性能得到有效的提升。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。