一种锂离子电池用改性陶瓷隔膜及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池材料技术领域一种锂离子电池用改性陶瓷隔膜及制备方法，包括:陶瓷涂覆层及基膜的改性方法和改性陶瓷锂离子电池隔膜。
【背景技术】
[0002]锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长，自放电率小，无记忆效应和绿色环保等优势，广泛应用于便携式电子设备，电动工具，电动车辆及储能等方面。
[0003]隔膜是锂离子电池中关键的内层组件。电池的容量，循环性能和充放电电流密度，耐高温及高强度，安全保障等关键性能都与隔膜有直接的关系。
[0004]常规的锂离子电池隔膜多以聚烯烃PP，PE材料为首选。随着锂离子电池产业及应用市场的发展，电池的综合性能及安全性能要求越来越高。陶瓷涂覆隔膜应用于4.35V以上高电压，高能量密度锂离子电池，可有效解决常规隔膜在长期循环中不耐高电势氧化的问题，同时提高了锂离子电池的耐高温性能，有效改善了锂离子电池的安全性。
[0005]目前隔膜涂覆多采用浸溃法，即将聚烯烃基膜先行经易挥发性溶剂浸润后，通过一定浓度的陶瓷胶液，使基膜表面粘有一定量的胶液，烘干后使胶液固定在基膜表面成为涂覆隔膜。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种锂离子电池用改性陶瓷隔膜及制备方法，包括:陶瓷浆料的改性方法和聚烯烃基膜的改性方法及陶瓷涂覆隔膜。制成的隔膜可广泛应用于4.35V以上高电压，高能量密度锂离子电池，在长期循环中耐高电势氧化，耐高温，保障安全，提高锂离子电池综合性能。
[0007]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0008]一种锂离子电池用改性陶瓷隔膜制备方法:先将纳米陶瓷粉体A1203用烷基阴离子表面活性剂及乙烯基或氨基硅烷偶联剂进行表面改性，降低粉体表面能，阻止或减少粉体团聚，提高分散性，改善纳米粉体粒子与相应体系中浆料物质的相容性，并以聚丙烯酸钠和CMC为分散剂，混合研磨成稳定浆料，再与丙烯酸酯共聚物水性粘合剂混合研磨制成改性陶瓷涂覆胶浆。
[0009]同时，用低温等离子体处理聚烯烃PP，PE基膜，提高基膜表面能，并用海洋生物质壳聚糖对基膜进行表面改性，有效降低涂层对基膜空隙的填充覆盖，减少电池内阻，改善基膜的离子导通率。之后，对表面改性的聚烯烃基膜进行涂覆水性陶瓷胶浆，经烘干即成改性陶瓷隔膜。
[0010]由上述制备成的改性陶瓷隔膜比常规隔膜具有更好的电解液浸润性，较高的孔隙率和离子电导率，并减少电子电阻以有适合的机械强度，优良的耐高温性和安全性。其制备工艺简单，设备要求低，，成本低而且环保，适合工业化生产。
[0011]具体实施方法
[0012]先将聚烯烃【PP，PE】微孔基膜进行表面改性，用去离子水清洗，通过低温等离子体设备，在工作气体氧气，气压25Pa，40—80W的条件下，处理时间2min以提高基膜表面能后，立即浸入0.5—2.5%【W/V】浓度的壳聚糖溶液2min【壳聚糖脱乙酰度小于90%，粘度小于lOOcps】。聚烯烃【PP，PE】微孔基膜表面接枝一定量的壳聚糖分子上的羟基，氨基亲水基团，大大提高亲水性能。之后再通过浓度0.1—3%的乙烯基硅烷偶联剂溶液浸润1s接枝偶联官能团，保护了基膜微孔率，改善了基膜涂覆改性陶瓷胶浆粘结的相容性，适应性，粘结性，改善基膜的离子导通率。
[0013]同时将纳米陶瓷粉体AI203进行表面改性，将乙烯基或氨基硅烷偶联剂水解配成PH值3—5的溶液，偶联剂用量为无机粉体质量的0.1—3%，用去离子水稀释成0.5—1%的浓度，均匀喷淋于搅拌中的纳米陶瓷粉体AI203【纯度99.9%，平均粒度4微米】，进行充分混合，边搅拌边加入含有十二烷基阴离子表活剂1一5%【W/V】，分散剂聚丙烯酸钠和CMC【用量为0.1—0.8%无机粉体质量】，PH = 9的去离子水溶液,混合研磨60min,制得固量25-57%稳定的纳米陶瓷浆料，过200目尼龙筛网后和丙烯酸酯共聚物水性粘合剂混合研磨60min，过200目尼龙筛网后，制备成可进行涂覆的改性陶瓷隔膜胶浆。经过改性的纳米陶瓷浆料，提高了亲水性，分散性，提高了孔隙率，减轻粉体团聚体形成，改善了陶瓷浆料与水性粘合剂混合的涂覆胶浆与基膜的相容性和粘结性，有效解决常规陶瓷涂覆隔膜的“落粉，，问题。
[0014]将改性的陶瓷隔膜胶浆经涂布机涂覆于经过表面改性的聚烯烃微孔基膜【PP，PE】表面上，经30米烘道烘干后即可卷膜成品，为锂离子电池生产提供一种改性的陶瓷隔膜。
【附图说明】
[0015]附图是一种锂离子电池用改性陶瓷隔膜生产工艺流程图。
【主权项】
1.本发明涉及一种锂离子电池用改性陶瓷隔膜及制备方法，权利要求如下: 一。聚烯烃【PP，PE】基膜的表面改性: (1)低温等离子体处理的工作条件:工作气体02，气压25pa，40—80W，2min； (2)海洋生物质壳聚糖进行改性，提高聚烯烃基膜亲水性。选用壳聚糖脱乙酰度小于90%，粘度小于10cps的壳聚糖及选用0.5—2.5% [W/V]的量。 (3)选用乙烯基，氨基硅烷偶联剂对基膜进行表面改性，0.1—3%的用量及0.5-1%的浓度。提高基膜与改性陶瓷胶浆的相容性，粘结性。 二。纳米陶瓷粉体AI203的表面改性: (1)选用十二烷基阴离子表活剂及用量1一5%和分散剂聚丙烯酸钠和CMC对陶瓷粉体亲水性及减少粉体团聚改性的用量0.1—0.8%，PH值及应用工艺。 (2)选用乙烯基，氨基硅烷偶联剂改性陶瓷粉体，提高改性陶瓷胶浆与聚烯烃基膜的相容性，浸润性，粘结性的用量0.1—3%以及浓度0.5—1%及应用方法。
【专利摘要】本发明涉及一种锂离子电池用改性陶瓷隔膜及制备方法，包括纳米粉体陶瓷浆料及聚烯烃基膜的改性方法。所述改性陶瓷浆料主要由烷基阴离子表面活性剂，乙烯基或氨基硅烷偶联剂对陶瓷粉体进行表面改性，减少粉体团聚，提高分散性，相容性。再与丙烯酸酯共聚物水性粘合剂研磨成改性陶瓷胶浆。然后将改性陶瓷胶浆涂覆在已经低温等离子体处理及生物质壳聚糖，乙烯基，氨基硅烷偶联剂表面改性的聚烯烃基膜上，烘干后卷膜成品。改性后的陶瓷隔膜提高了亲水性及涂覆适应性，粘结性，比常规隔膜具有更好的电解液浸润性，较高的孔隙率和离子导电率，减少电池的内阻以及有适合的机械强度和优良的耐高温性，可靠的安全性，可广泛应用于4.35V以上高电压，高能量密度锂离子电池，显著提高锂离子电池的综合性能。
【IPC分类】H01M2-16
【公开号】CN104538576
【申请号】CN201410782452
【发明人】毛赢超, 高悟儿
【申请人】毛赢超, 高悟儿
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月17日