一种安全性能高的隔膜及其涂覆层、制备方法和应用与流程

1.本发明属于锂电池技术领域，特别涉及一种安全性能高的隔膜及其涂覆层、制备方法和应用。


背景技术：

2.锂离子电池作为一种新型的可再生清洁能源，具有能量密度大、单位体积重量小和可模块化集成等特点，在便携式电子设备、电动汽车等领域扮演着越来越重要的角色。随着应用不断广泛和深入，人们对锂离子电池的需求正朝着高容量、快充放、长续航和宽温域等方向发展，而高强度连续工作可能使电池长期处于较高的温度状态，而电池连续处于较高温度发生危险的可能性较高。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种安全性能高的隔膜及其涂覆层、制备方法和应用，以解决目前锂电池的高温发生危险的问题。
4.本发明实施例提供了一种安全性能高的隔膜的涂覆层，所述涂覆层的原料以质量份数计包括：无机陶瓷粉体20-40份、溶剂60-80份、粘结剂2-5份、分散剂0.2-0.5份、增稠剂0.2-0.5份和高温封堵剂3-5份，所述高温封堵剂的熔点低于隔膜的安全使用预设温度，用以在高于预设温度时熔化实现隔膜基底层的封堵。
5.可选的，所述隔膜的安全使用预设温度为120℃-140℃。
6.可选的，所述高温封堵剂包括pe细乳液。
7.可选的，所述pe细乳液的粒径为1μm-4μm。
8.可选的，所述无机陶瓷粉体包括氧化铝、勃姆石、氧化硅和氧化钛中的至少一种。
9.可选的，所述粘结剂包括丁苯橡胶乳液、丙烯腈类和丙烯酸酯乳液中的至少一种。
10.可选的，所述分散剂包括聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯和纤维素衍生物中的至少一种。
11.可选的，所述增稠剂包括cmc和膨润土中的至少一种。
12.可选的，所述无机陶瓷粉体的粒径为0.3μm-0.7μm。
13.可选的，所述涂覆层的厚度为1μm-5μm。
14.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种安全性能高的隔膜，所述隔膜包括基底层和涂覆层，所述涂覆层为如上所述的安全性能高的隔膜的涂覆层。
15.可选的，所述基底层为聚酰亚胺隔膜，所述聚酰亚胺隔膜的厚度为9μm-16μm。
16.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的安全性能高的隔膜的制备方法，所述方法包括：
17.将增稠剂和溶剂进行混合，得到粘溶液；
18.将无机陶瓷粉末和所述粘溶液进行混合，得到第一悬浊液；
19.将高温封堵剂和所述第一悬浊液进行混合，得到第二悬浊液；
20.将粘结剂、分散剂和所述第二悬浊液进行混合，后进行球磨，得到涂覆浆料；
21.将所述涂覆浆料涂覆于基底层，后进行干燥，得到隔膜。
22.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种锂电池，所述锂电池包括如上所述的安全性能高的隔膜。
23.本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
24.本发明实施例提供的安全性能高的隔膜的涂覆层，高温封堵剂在高温时发生熔解，熔解后堵住隔膜基层的通孔，自行闭孔阻断正负极，使电池停止工作，达到高温自闭合的效果，避免高温热失控，提高电池安全。
25.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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它的附图。
27.图1是本发明实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
28.下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
29.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
30.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
31.本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
32.根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种安全性能高的隔膜的涂覆层，所述涂覆层的原料以质量份数计包括：无机陶瓷粉体20-40份、溶剂60-80份、粘结剂2-5份、分散剂0.2-0.5份、增稠剂0.2-0.5份和高温封堵剂3-5份，所述高温封堵剂的熔点低于隔膜的安全使用预设温度，用以在高于预设温度时熔化实现隔膜基底层的封堵。
33.在一些实施例中，所述高温封堵剂的熔点为120℃-140℃。
34.在一些实施例中，高温封堵剂包括pe细乳液。
35.pe会在130℃熔解，熔解后堵住聚酰亚胺隔膜的通孔，达到高温自闭和的效果，避免高温热失控，提高电池安全。
36.更优化的，pe细乳液的粒径为1μm-4μm。
37.控制pe细乳液的粒径为1μm-4μm的原因是较好的分散在聚酰亚胺隔膜表面而不至
于堵孔，该粒径取值过大的不利影响是不利于隔膜与正负极的接触，过小的不利影响是会堵住聚酰亚胺隔膜的通孔。
38.在一些实施例中，无机陶瓷粉体包括氧化铝、勃姆石、氧化硅和氧化钛中的至少一种；
39.所述粘结剂包括丁苯橡胶乳液、丙烯腈类和丙烯酸酯乳液中的至少一种；
40.所述分散剂包括聚丙烯酰胺、脂肪酸聚乙二醇酯和纤维素衍生物中的至少一种；
41.所述增稠剂包括cmc和膨润土中的至少一种；
42.溶剂为水、甲醇和乙醇中的任意一种。
43.更优化的，所述无机陶瓷粉体的粒径为0.3μm-0.7μm。
44.控制无机陶瓷粉体的粒径为0.3μm-0.7μm的原因是保证无机陶瓷粉体在表面的均匀分散和最优的保液率。
45.在一些实施例中，涂覆层的厚度为1μm-5μm。
46.控制涂覆层的厚度为1μm-5μm的原因是有效提高隔膜热稳定性，并保证组装电池后内阻在较低的水平，该厚度取值过大的不利影响是提高电池内阻，过小的不利影响是无法有效提高隔膜热稳定性。
47.根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种安全性能高的隔膜，所述隔膜包括基底层和涂覆层，所述涂覆层为如上所述的安全性能高的隔膜的涂覆层。
48.可选的，基底层为聚酰亚胺隔膜，所述聚酰亚胺隔膜的厚度为9μm-16μm。
49.聚酰亚胺隔膜可提高热稳定性，可在180℃保证隔膜不收缩。
50.控制聚酰亚胺隔膜的厚度为9μm-16μm的原因是过厚增加锂离子传输的路径，降低离子电导率，过薄则强度低，易破裂。
51.根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种如上所述的安全性能高的隔膜的制备方法，所述方法包括：
52.s1.将增稠剂和溶剂进行混合，得到粘溶液；
53.具体而言，取一定量的增稠剂加入溶剂中，开启搅拌装置，制得粘溶液
54.s2.将无机陶瓷粉末和所述粘溶液进行混合，得到第一悬浊液；
55.具体而言，取一定量的无机陶瓷粉末放入一定粘度的溶液中，开启搅拌装置，使其溶解，制得第一悬浊液；
56.s3.将高温封堵剂和所述第一悬浊液进行混合，得到第二悬浊液；
57.具体而言，取一定量的pe细乳液放入上述第一悬浊液中，开启搅拌装置，使其溶解，制得第二悬浊液；
58.s4.将粘结剂、分散剂和所述第二悬浊液进行混合，后进行球磨，得到涂覆浆料；
59.具体而言，取适量粘结剂和分散剂加入上述悬浊液中，球磨转速为300～500r/min，球磨时间为4～6h,得到均匀稳定的涂覆浆料。
60.s5.将所述涂覆浆料涂覆于基底层，后进行干燥，得到隔膜。
61.具体而言，将浆料涂覆到聚酰亚胺隔膜表面，并在50～70
℃
的烘箱中干燥4～6h，得到涂覆隔膜。其中，涂覆可以是单面，也可以是双面。
62.根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种锂电池，所述锂电池包括如上所述的安全性能高的隔膜，溶解后堵住聚酰亚胺隔膜的通孔，达到高温自闭和的效果，避免高
温热失控，提高电池安全。
63.下面将结合实施例、对照例及实验数据对本技术的安全性能高的隔膜及其涂覆层、制备方法和应用进行详细说明。
64.实施例1
65.一种安全性能高的隔膜的制备方法，方法包括：
66.1)取cmc0.15g，加入16.2g水中，在磁力搅拌机中以500r/min搅拌得到粘稠溶液。
67.2)选取0.3μm的氧化铝共12g，加入上述粘稠溶液中搅拌均匀；
68.3)氧化铝分散均匀后，加入1.2gpe细乳液，搅拌均匀；
69.4)取聚丙烯酰胺0.15g与(3)中溶液一起加入到球磨罐中，以500r/min转速球磨4h，得到涂覆浆料；
70.5)将上述浆料通过挤压涂布，涂覆到12μm厚的聚酰亚胺隔膜表面，放入60
℃
烘箱中6h烘干，得到高耐热且具备自关断功能的隔膜。
71.实施例2
72.一种安全性能高的隔膜的制备方法，方法包括：
73.1)取cmc0.15g，加入16.2g水中，在磁力搅拌机中以500r/min搅拌得到粘稠溶液。
74.2)选取0.7μm的氧化铝共12g，加入上述粘稠溶液中搅拌均匀；
75.3)氧化铝分散均匀后，加入1.2gpe细乳液，搅拌均匀；
76.4)取聚丙烯酰胺0.15g与(3)中溶液一起加入到球磨罐中，以500r/min转速球磨4h，得到涂覆浆料；
77.5)将上述浆料通过挤压涂布，涂覆到12μm厚的聚酰亚胺隔膜表面，放入60℃烘箱中6h烘干，得到高耐热且具备自关断功能的隔膜。
78.实施例3
79.一种安全性能高的隔膜的制备方法，方法包括：
80.1)取cmc0.15g，加入16.2g水中，在磁力搅拌机中以500r/min搅拌得到粘稠溶液。
81.2)选取0.7μm的氧化铝共12g，加入上述粘稠溶液中搅拌均匀；
82.3)氧化铝分散均匀后，加入1.2gpe细乳液，搅拌均匀；
83.4)取聚丙烯酰胺0.15g与(3)中溶液一起加入到球磨罐中，以500r/min转速球磨4h，得到涂覆浆料；
84.5)将上述浆料通过挤压涂布，涂覆到12μm厚的聚酰亚胺隔膜表面，放入60℃烘箱中6h烘干，得到高耐热且具备自关断功能的隔膜。
85.对比例1
86.一种隔膜的制备方法，方法包括：
87.1)取cmc0.15g，加入16.2g水中，在磁力搅拌机中以500r/min搅拌得到粘稠溶液。
88.2)选取0.3μm的氧化铝共12g，加入上述粘稠溶液中搅拌均匀；
89.3)氧化铝分散均匀后，加入0.3gpe细乳液，搅拌均匀；
90.4)取聚丙烯酰胺0.15g与(3)中溶液一起加入到球磨罐中，以500r/min转速球磨4h，得到涂覆浆料；
91.5)将上述浆料通过挤压涂布，涂覆到12μm厚的聚酰亚胺隔膜表面，放入60℃烘箱中6h烘干，得到高耐热且具备自关断功能的隔膜。
92.对比例2
93.一种隔膜的制备方法，方法包括：
94.1)取cmc0.15g，加入16.2g水中，在磁力搅拌机中以500r/min搅拌得到粘稠溶液。
95.2)选取0.3μm的氧化铝共12g，加入上述粘稠溶液中搅拌均匀；
96.3)氧化铝分散均匀后，加入2.4gpe细乳液，搅拌均匀；
97.4)取聚丙烯酰胺0.15g与(3)中溶液一起加入到球磨罐中，以500r/min转速球磨4h，得到涂覆浆料；
98.5)将上述浆料通过挤压涂布，涂覆到12μm厚的聚酰亚胺隔膜表面，放入60℃烘箱中6h烘干，得到高耐热且具备自关断功能的隔膜。
99.对比例3
100.一种隔膜的制备方法，方法包括：
101.1)取cmc0.15g，加入16.2g水中，在磁力搅拌机中以500r/min搅拌得到粘稠溶液。
102.2)选取0.3μm的氧化铝共12g，加入上述粘稠溶液中搅拌均匀；
103.3)取聚丙烯酰胺0.15g与(2)中溶液一起加入到球磨罐中，以500r/min转速球磨4h，得到涂覆浆料；
104.4)将上述浆料通过挤压涂布，涂覆到12μm厚的聚酰亚胺隔膜表面，放入60℃烘箱中6h烘干，得到高耐热且具备自关断功能的隔膜。
105.实验例
106.将实施例1-3和对比例1-3制得的隔膜进行几何特性及力学性能测试,结果如下表所示。
[0107][0108]
由上表可得，采用本技术实施例提供的方法制备的隔膜在130℃时会发生自闭合，自行闭孔阻断正负极，使电池停止工作，避免温度进一步升高，保证电池的安全性。通过对比例1和实施例1的比较可的，当pe细乳液的加入量过少时，导致高温的自闭合效果不佳，在高温下，电池仍然可以进行工作，通过对比例2和实施例1的比较可得，当pe细乳液的加入量过大时，虽然能够有效地发生自闭合效果，但是却提升了电池的内阻，通过对比例3和实施例1的比较可得，添加适量的pe细乳液，不会导致其他性能的明显降低，但是可以有效地产生高温自闭合效果，实现电池的安全工作。
[0109]
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
[0110]
(1)本发明实施例提供的隔膜采用聚酰亚胺隔膜提高热稳定性，可在180℃保证隔膜不收缩；
[0111]
(2)本发明实施例提供的隔膜涂覆层通过添加pe细乳液，pe会在130℃溶解，溶解
后堵住聚酰亚胺隔膜的通孔，达到高温自闭和的效果，避免高温热失控，提高电池安全。
[0112]
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0113]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0114]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。