无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜、制备方法及其锂离子电池与流程

文档序号:16191782发布日期:2018-12-08 05:45阅读:295来源:国知局

本发明涉及锂离子电池技术领域,更具体地说,本发明涉及一种无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜及其制备方法,以及包含该无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自商业化推广以来,以其高能量密度、高工作电压、循环寿命长、无记忆效应、绿色环保、以及可根据实际需求灵活设计尺寸形状大小等诸多优点被广泛用于各种便携式消费电子产品的电源。除此之外,随着国家对环境改善和移动式储能装置的需求,锂离子电池又被广泛用于动力电池和储能电池的开发,这些广阔的应用领域及各种不同的实际需求极大地推动了锂离子电池的发展。

目前锂离子电池和锂离子聚合物电池所用的隔离膜大部分为聚烯烃膜,如聚乙烯膜(pe)、聚丙烯膜(pp)或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜(pp/pe/pp),在锂离子电池中被广泛使用;但是在遇到如短路、过充、热冲击或穿刺等情况时,锂离子电池的内部温度会达到100oc以上,此时,这种聚烯烃膜就会有较大的收缩或熔融,导致隔膜的体积变化,进而引起正极和负极之间的直接接触,出现内部短路及热失控的现象,使锂离子电池容易着火甚至爆炸。此外,由于聚烯烃膜的表面张力很低,对锂离子二次电池使用的碳酸酯电解液的浸润能力以及吸液能力都比较差,并不能满足锂离子二次电池长循环寿命的要求。因此,为了保证电池的使用安全和长循环寿命,必须提供一种功能化改性的复合隔膜。

针对这种情况,现有的做法是在聚烯烃隔离膜的单面或双面涂布氧化铝陶瓷层,形成有机/无机复合隔膜,其单面涂覆厚度一般在3~5um。由于无机氧化铝涂层具有较高的热稳定性,因此整个复合隔膜的热收缩被大大抑制,同时无机涂层还具有较高的机械强度,这也会减少电池中锂枝晶或颗粒以及集流体毛刺等刺破隔离膜而造成短路的几率,进而提高电池的可靠性和安全性能。但是,氧化铝材料硬度高,对搅拌设备、涂覆设备和分切刀片的磨损严重,导致其涂层厚度的批量一致性难以控制以及较高的成本,难以进行规模化生产。而且,随着高能量密度锂离子电池的开发与应用,更薄和更轻质化的涂层成为未来的应用方向,氧化铝因其本身材料的特性,很难在这些方面进行技术上的突破。

基于以上原因,确有必要提供一种既能有效改善隔膜的热稳定性,又能在制造成本、涂覆产品厚度一致性和涂层厚度以及重量上有技术优势的无机陶瓷涂层功能化锂离子电池隔离膜,从而在改善电池的安全性能和长期循环的稳定性的同时,降低成本并提高产品的竞争力。



技术实现要素:

本发明的目的之一在于:针对现有材料性能的特点,提供一种既能有效改善隔膜的热稳定性,又能在制造成本、涂覆产品厚度一致性和涂层厚度以及重量上有技术优势的无机陶瓷涂层功能化锂离子电池隔离膜,从而在改善电池的面密度、降低涂层含水量,以及提高产品的电解液保液量。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜,包括多孔性基材和附着在所述多孔性基材的至少一个表面上的无机陶瓷功能化涂层,涂层厚度为1~10um;所述无机陶瓷涂层包括板状勃姆石颗粒、水溶性高分子增稠剂、水乳型聚合物粘结剂和水溶型聚合物粘结剂;所述板状勃姆石颗粒的平均粒径d50为0.3~2.0um,d10>0.05um,d90<6.0um,d99<8.0um,厚度为0.05~1.5um;所述无机陶瓷涂层浆料,按照重量比计算,板状勃姆石颗粒80.0~99.4%,水溶性高分子增稠剂0.2~3.0%,水乳型聚合物粘结剂0.2~15.0%,水溶型聚合物粘结剂0.2~15.0%;所述水乳型聚合物粘结剂为其干胶的水滴接触角在80o~150o之间的疏水性高分子聚合物,所述水溶型聚合物粘结剂为熔融温度在120oc~400oc之间的极性高熔点高分子聚合物。

有益效果是:首先,选用勃姆石做为无机陶瓷颗粒替代传统的氧化铝颗粒。勃姆石又称软水铝石,颗粒形貌为均匀的板状立方体,具有耐热温度高,硬度低,化学以及电化学稳定性高等诸多性能特点,是一种理想的无机涂层材料。其次,对板状勃姆石颗粒的粒径尺寸及其分布、厚度进行了优化选择,较小的颗粒尺寸、较窄的粒度尺寸分布和扁平状的颗粒形貌一方面有利于浆料的加工制作,更重要的是有利于颗粒的紧密堆积以提高无机涂层的面密度,进而实现最大化提高涂覆隔膜耐热性的目的。同时,板状材料的紧密堆积可以降低无机涂层的涂覆厚度而实现同等的耐热性改善效果。最后,由于勃姆石的莫氏硬度约3.0,其材料密度约3.05g/cm3,而氧化铝的莫氏硬度约9.0,其材料密度约4.0g/cm3,勃姆石浆料及涂覆在生产过程中对搅拌设备、涂覆设备和分切刀片的磨损要远远小于氧化铝,涂层厚度的批量一致性更容易控制,而且涂层的重量可以进一步降低,更有利于锂离子电池重量能量密度的提升。

作为对本发明的改进,所述板状勃姆石颗粒的重量占所述无机功能涂层总重量的取值范围为87.5~98.5%。

作为对本发明的改进,所述水乳型聚合物粘结剂为其干胶的水滴接触角在100o~130o之间的疏水性高分子聚合物。有益效果是:水乳型聚合物粘结剂乳胶粒表面含有极少量的极性亲水性基团,如羧基、羟基以及氨基等,低极性的水乳型聚合物粘结剂有利于其在非极性的聚烯烃隔膜表面上的粘结,同时可以有效避免粘结剂在极性电解液溶剂体系下的溶胀,从而保证较好的涂层附着力,从而保证多孔性基材表面上的无机功能化涂层不易脱落。较高的干胶水滴接触角意味着无机涂层表面具有更少的亲水性基团,可以有效降低涂层的水份含量及对极性水分子的吸收。若乳液粘结剂的疏水性再进一步增加,将影响水性浆料在聚烯烃隔膜基材表面的润湿和铺展,进而影响涂层性能。

作为对本发明的改进,所述水乳型聚合物粘结剂是苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、醋酸乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、醋酸乙烯/脂肪酸乙烯酯共聚乳液、有机硅/丙烯酸酯共聚乳液、以及丙烯酸酯共聚乳液中的至少一种。

作为对本发明的改进,所述水乳型聚合物粘结剂的重量占所述无机功能涂层总重量的取值范围为0.5~10.0%。

作为对本发明的改进,所述水溶型聚合物粘结剂为熔融温度在160oc~300oc之间的极性高熔点高分子聚合物。有益效果是:水溶型聚合物粘结剂的使用可以在无机颗粒表面形成亲水性吸附层并在颗粒间产生静电排斥作用,有利于悬浮无机颗粒在水性溶液中的分散和稳定。其次,其较高熔融温度的极性高熔点高分子聚合物,可以使涂层中的有机物高分子聚合物在无机复合功能化多孔性隔离膜遇到高温时依然保持其高分子链骨架的结构稳定性,不至于产生严重的收缩和形变,从而进一步改善复合隔膜的高温热稳定性。

作为对本发明的改进,所述水溶型聚合物粘结剂是聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、或者是聚丙烯酸和聚丙烯酸盐的混合物。

作为对本发明的改进,所述水溶型聚合物粘结剂是聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钙、聚丙烯酸与聚丙烯酸钠的混合物、聚丙烯酸与聚丙烯酸钾的混合物、聚丙烯酸与聚丙烯酸锂的混合物、以及聚丙烯酸与聚丙烯酸钙的混合物中的至少一种。

作为对本发明的改进,所述水溶型聚合物粘结剂的重量占所述无机功能涂层总重量的取值范围为0.5~10.0%。

作为对本发明的改进,所述水溶型聚合物粘结剂20%浓度的水溶液的ph值在4~6的范围内。

作为对本发明的改进,所述水乳型聚合物粘结剂和水溶型聚合物粘结剂各自的重量占所述无机功能涂层总重量的取值范围均为0.5~10.0%。有益效果是:浆料配方中,粘结剂的用量对无机功能涂层与隔膜的性能有较大的影响,若粘结剂的用量过少,会导致无机功能涂层与隔膜的粘结性变差,隔膜及电池制作过程中无机功能涂层容易脱落,影响到无机功能涂层性能的发挥。反之,若粘结剂的用量过多(质量分数大于20%),粘结剂则可能堵塞多孔性隔离膜的内部孔隙,减少锂离子电池多孔性隔离膜的内部锂离子通道,增大内部的极化作用,最终影响到电池性能的发挥。

作为对本发明的改进,所述水溶性高分子增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、海藻酸钠、以及聚乙烯醇中的至少一种。

作为对本发明的改进,所述水溶性高分子增稠剂的重量占所述无机功能涂层总重量的取值范围为0.5~2.0%。

作为对本发明的改进,所述无机功能化涂层的厚度的取值范围为2~6um。

作为对本发明的改进,所述多孔性基材是聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、纤维素膜、或者是聚酰亚胺膜。

作为对本发明的改进,所述多孔性基材的厚度的取值范围为3~25um。

作为对本发明的改进,所述多孔性基材的孔隙率的取值范围为20%~70%。

本发明同时还提供一种无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜的制备方法,包括以下步骤:

第一步,将水溶性粘结剂溶解在去离子水中形成溶液;

第二步,将板状勃姆石颗粒分散在去离子水和预先溶解好的水溶性高分子增稠剂中,并将其混合均匀形成混合分散液;

第三步,向第二步的混合分散液中加入第一步得到的溶液和水乳型聚合物粘结剂,分散均匀,调节至固体份的重量占所述浆料总量的10%~60%,得到涂覆浆料;

第四步,将第三步得到的浆料通过微凹版或挤压涂布的方式涂覆在多孔性基材的至少一个表面上,烘干后得到所述无机陶瓷涂层功能化锂离子电池隔离膜。

本发明的另一目的在于提供包括正极、负极、间隔于所述正极与负极之间的涂覆功能化多孔性隔离膜,以及电解液,所述的涂覆功能化多孔性隔离膜为以上任一项所述的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜。

相对于目前的有机/无机复合隔膜,本发明的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜和所述的锂离子电池具有以下特点:

一、更低的无机涂层厚度和重量以及更稳定的涂层厚度批量一致性。

通过对板状勃姆石颗粒的粒径尺寸及其分布、厚度进行优化选择,较小的颗粒尺寸、较窄的粒度尺寸分布和扁平状的颗粒形貌一方面有利于浆料的加工制作,更重要的是有利于颗粒的紧密堆积以提高无机涂层的面密度,进而实现最大化提高涂覆隔膜耐热性的目的。同时,板状材料的紧密堆积可以降低无机涂层的涂覆厚度而实现同等的耐热性改善效果。由于勃姆石的莫氏硬度约3.0,其材料密度约3.05g/cm3,而氧化铝的莫氏硬度约9.0,其材料密度约4.0g/cm3,勃姆石浆料及涂覆在生产过程中对搅拌设备、涂覆设备和分切刀片的磨损要远远小于氧化铝,涂层厚度的批量一致性更容易控制,而且涂层的重量可以进一步降低,更有利于锂离子电池重量能量密度的提升。

二、极低的涂层水含量和涂层吸水率:由于本发明选用了其干胶的水

滴接触角在100o~130o之间的疏水性水乳型聚合物粘结剂,可以极大降低涂布干燥后无机功能化涂层的水含量以及后续隔膜在存储和电池制作过程中的吸湿性。因此,可以最大限度地减少电解质盐的分解反应,确保电池电化学性能、循环寿命以及安全性能的稳定。

三、优异的热稳定性:由于本发明选用了熔融温度在160oc~300oc之间的极性高熔点高分子聚合物做为水溶型聚合物粘结剂,可以使涂层中的有机物高分子聚合物在复合功能化多孔性隔离膜遇到高温时依然保持其高分子链骨架的结构稳定性,抑制严重的收缩和形变,从而进一步改善复合隔膜的高温热稳定性。良好的抗热收缩性能,可以降低电池在高温等异常情况因隔膜收缩导致的正负极短路风险。

四、优良的涂层附着力:由于本发明在涂层粘结剂体系中选用了低极性的水乳型聚合物粘结剂和水溶型聚合物粘结剂的复配体系,可以在板状勃姆石颗粒之间和勃姆石颗粒与多孔隔离膜之间形成点状和面状的充分接触和粘结,从而保证较好的涂层附着力。

五、优异的电解液润湿及保液性能:由于本发明的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜的无机涂层相比有机多孔性基材具有较大的孔隙率以及对电解液有较高的亲和性,因此,可以明显地提高电解液对电池内部界面的润湿性和增加电池的电解液保有量,从而改善电池的循环性能。

具体实施方式

以下结合具体的实施例来对本发明的内容作进一步说明,但本发明的保护范围并不仅仅局限于实施例所描述的内容。

实施例1

无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜的制备

涂覆浆料配方按干料重量百分比计,涂覆浆料由3wt%苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、3wt%聚丙烯酸锂、1wt%羧甲基纤维素钠、93wt%板状勃姆石颗粒四部分组成。其中,板状勃姆石颗粒的平均粒径d50为0.6um,d10为0.2um,d90为2.6um,d99为3.7um,厚度为0.3um。水乳型聚合物粘结剂选用苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液,其干胶水滴接触角为125o。水溶型聚合物粘结剂选用聚丙烯酸锂,其熔融温度约为180oc。浆料配置过程中,溶剂为去离子水,其中,固体份的重量占所述浆料总重量约40wt%。

涂覆浆料的制备过程如下:

(1)首先,按以上配方将聚丙烯酸锂溶解在去离子水中形成浓度为20wt%的溶液;

(2)其次,将板状勃姆石颗粒分散在去离子水和预先溶解好的羧甲基纤维素钠中,并将其混合均匀形成混合分散液;

(3)最后,向以上的混合分散液中加入预先溶解好的聚丙烯酸锂溶液和水乳型聚合物粘结剂苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液,分散均匀,用150目筛网过滤即得到所需的涂覆浆料。

使用逆转辊微凹版涂布机将如上述方法制得的涂覆浆料涂覆在厚度为12um的聚乙烯微孔薄膜(孔隙率为40%)的一面上,涂层厚度约为2um,得到总厚度约为14um的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜。用压汞仪测量复合多孔薄膜的孔隙率为41%,与聚乙烯微孔薄膜的孔隙率基本无差别。

负极的制备:

以石墨为负极活性物质,其重量含量为95wt%,以丁苯橡胶为聚合物粘结剂,其重量含量为3wt%;以炭黑为导电剂。

负极选用石墨为负极活性物质,按照配方投料制备负极浆料。按负极配方设计,浆料固体成分包含94wt%的负极活性物质,3wt%的丁苯橡胶(sbr)聚合物粘结剂,1wt%的羧甲基纤维素钠聚合物增稠剂,以及2wt%的导电炭黑。负极浆料使用去离子水作为分散溶剂,浆料的固体含量为42wt%。

按以上所述配比将去离子水和羧甲基纤维素钠加入到搅拌机中,充分搅拌溶解得到水性聚合物溶液。再按配方把导电炭黑加入已经溶解好的水性聚合物溶液中,快速搅拌研磨至细度为5μm以下,然后按配方加入石墨,分散搅拌均匀,最后抽真空脱除气泡。用150目筛网过滤即得到所需的负极浆料。

把制成的该浆料均匀地涂在厚度为10μm的铜箔两面,再用辊压机将极片压实到一定厚度,裁片,焊接极耳,得到负极极片。

正极的制备:

正极选用钴酸锂(licoo2)为活性物质,按照配方投料制备正极浆料。按正极配方设计,浆料固体成分包含92wt%的正极活性物质,5wt%的聚偏氟乙烯(pvdf)粘结剂,以及3wt%的导电炭黑。正极浆料使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)作为分散溶剂,浆料的固体含量为45wt%。

按以上所述配比将n-甲基吡咯烷酮和聚偏氟乙烯加入到搅拌研磨机中,充分搅拌溶解得到聚偏氟乙烯的聚合物溶液。再按配方把导电炭黑加入已经溶解好的聚偏氟乙烯聚合物溶液中,快速搅拌研磨至细度为5μm以下,然后按配方加入钴酸锂,分散搅拌均匀,最后抽真空脱除气泡。用150目不锈钢筛网过滤即得到所需的正极浆料。

把上述制成的浆料均匀地涂在厚度为12μm的铝箔两面,烘干,再用辊压机将极片压实到一定厚度,裁片,焊接极耳,得到正极极片。

电解液的配制:

将碳酸乙烯酯ec、碳酸丙烯酯pc和碳酸二甲酯dmc按照体积比3:3:4配制成混合溶剂,然后再加入锂盐六氟磷酸锂(lipf6),配制lipf6的浓度为1m,搅拌均匀后得到电解液。

电池的组装:

将上述正极极片、无机/有机复合功能化多孔性隔离膜和负极极片卷绕成电芯,铝塑复合膜封装,真空状态烘烤除去水分后注入定量电解液,对电池进行化成和容量测试,得到厚宽长分别为3.4mm、26mm、90mm的方形软包装锂离子电池。

实施例2

涂覆浆料配方按干料重量百分比计,涂覆浆料由10wt%苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、0.5wt%聚丙烯酸锂、2wt%羧甲基纤维素钠、87.5wt%板状勃姆石颗粒四部分组成。其中,板状勃姆石颗粒的平均粒径d50为0.6um,d10为0.2um,d90为2.6um,d99为3.7um,厚度为0.3um。水乳型聚合物粘结剂选用苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液,其干胶水滴接触角为125o。水溶型聚合物粘结剂选用聚丙烯酸锂,其熔融温度约为180oc。浆料配置过程中,溶剂为去离子水,其中,固体份的重量占所述浆料总重量约40wt%。

使用逆转辊微凹版涂布机将如上述方法制得的涂覆浆料涂覆在厚度为12um的聚乙烯微孔薄膜(孔隙率为40%)的一面上,涂层厚度约为3um,得到总厚度约为15um的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜。用压汞仪测量复合多孔薄膜的孔隙率为41%,与聚乙烯微孔薄膜的孔隙率基本无差别。

其余部分与实施例1相同,此处不再重述。

实施例3

涂覆浆料配方按干料重量百分比计,涂覆浆料由2wt%苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、2wt%聚丙烯酸锂、1wt%羧甲基纤维素钠、95wt%板状勃姆石颗粒四部分组成。其中,板状勃姆石颗粒的平均粒径d50为0.6um,d10为0.2um,d90为2.6um,d99为3.7um,厚度为0.3um。水乳型聚合物粘结剂选用苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液,其干胶水滴接触角为125o。水溶型聚合物粘结剂选用聚丙烯酸锂,其熔融温度约为180oc。浆料配置过程中,溶剂为去离子水,其中,固体份的重量占所述浆料总重量约40wt%。

使用逆转辊微凹版涂布机将如上述方法制得的涂覆浆料涂覆在厚度为12um的聚乙烯微孔薄膜(孔隙率为40%)的一面上,涂层厚度约为4um,得到总厚度约为16um的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜。用压汞仪测量复合多孔薄膜的孔隙率为41%,与聚乙烯微孔薄膜的孔隙率基本无差别。其余部分与实施例1相同,此处不再重述。

实施例4

涂覆浆料配方按干料重量百分比计,涂覆浆料由1wt%苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、15wt%聚丙烯酸锂、2wt%羧甲基纤维素钠、82wt%板状勃姆石颗粒四部分组成。其中,板状勃姆石颗粒的平均粒径d50为1.0um,d10为0.3um,d90为2.8um,d99为4.0um,厚度为0.3um。水乳型聚合物粘结剂选用苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液,其干胶水滴接触角为125o。水溶型聚合物粘结剂选用聚丙烯酸锂,其熔融温度约为180oc。浆料配置过程中,溶剂为去离子水,其中,固体份的重量占所述浆料总重量约40wt%。

使用逆转辊微凹版涂布机将如上述方法制得的涂覆浆料涂覆在厚度为12um的聚乙烯微孔薄膜(孔隙率为40%)的一面上,涂层厚度约为3um,得到总厚度约为15um的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜。用压汞仪测量复合多孔薄膜的孔隙率为41%,与聚乙烯微孔薄膜的孔隙率基本无差别。

其余部分与实施例1相同,此处不再重述。

实施例5

涂覆浆料配方按干料重量百分比计,涂覆浆料由0.2wt%苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、0.2wt%聚丙烯酸锂、0.2wt%羧甲基纤维素钠、99.4wt%板状勃姆石颗粒四部分组成。其中,板状勃姆石颗粒的平均粒径d50为1.0um,d10为0.3um,d90为2.9um,d99为4.5um,厚度为0.6um。水乳型聚合物粘结剂选用苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液,其干胶水滴接触角为125o。水溶型聚合物粘结剂选用聚丙烯酸锂,其熔融温度约为180oc。浆料配置过程中,溶剂为去离子水,其中,固体份的重量占所述浆料总重量约40wt%。

使用逆转辊微凹版涂布机将如上述方法制得的涂覆浆料涂覆在厚度为12um的聚乙烯微孔薄膜(孔隙率为40%)的一面上,涂层厚度约为3um,得到总厚度约为15um的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜。用压汞仪测量复合多孔薄膜的孔隙率为41%,与聚乙烯微孔薄膜的孔隙率基本无差别。

其余部分与实施例1相同,此处不再重述。

实施例6

涂覆浆料配方按干料重量百分比计,涂覆浆料由15wt%苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、2wt%聚丙烯酸锂、3wt%羧甲基纤维素钠、80wt%板状勃姆石颗粒四部分组成。其中,板状勃姆石颗粒的平均粒径d50为1.0um,d10为0.3um,d90为2.9um,d99为4.5um,厚度为0.6um。水乳型聚合物粘结剂选用苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液,其干胶水滴接触角为125o。水溶型聚合物粘结剂选用聚丙烯酸锂,其熔融温度约为180oc。浆料配置过程中,溶剂为去离子水,其中,固体份的重量占所述浆料总重量约40wt%。

使用逆转辊微凹版涂布机将如上述方法制得的涂覆浆料涂覆在厚度为12um的聚乙烯微孔薄膜(孔隙率为40%)的一面上,涂层厚度约为4um,得到总厚度约为16um的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜。用压汞仪测量复合多孔薄膜的孔隙率为41%,与聚乙烯微孔薄膜的孔隙率基本无差别。

其余部分与实施例1相同,此处不再重述。

对比例1

涂覆浆料配方按干料重量百分比计,涂覆浆料由3wt%苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、3wt%聚丙烯酸锂、1wt%羧甲基纤维素钠、93wt%氧化铝颗粒四部分组成。其中,氧化铝颗粒的平均粒径d50为0.8um,d10为0.3um,d90为2.6um,d99为4.0um。水乳型聚合物粘结剂选用苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液,其干胶水滴接触角为125o。水溶型聚合物粘结剂选用聚丙烯酸锂,其熔融温度约为180oc。浆料配置过程中,溶剂为去离子水,其中,固体份的重量占所述浆料总重量约40wt%。

使用逆转辊微凹版涂布机将如上述方法制得的涂覆浆料涂覆在厚度为12um的聚乙烯微孔薄膜(孔隙率为40%)的一面上,涂层厚度约为3um,得到总厚度约为15um的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜。用压汞仪测量复合多孔薄膜的孔隙率为41%,与聚乙烯微孔薄膜的孔隙率基本无差别。

对比例2

涂覆浆料配方按干料重量百分比计,涂覆浆料由0.5wt%苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、0.5wt%聚丙烯酸锂、0.5wt%羧甲基纤维素钠、98.5wt%氧化铝颗粒四部分组成。其中,氧化铝颗粒的平均粒径d50为0.8um,d10为0.3um,d90为2.6um,d99为4.0um。水乳型聚合物粘结剂选用苯乙烯/丙烯酸酯共聚乳液,其干胶水滴接触角为125o。水溶型聚合物粘结剂选用聚丙烯酸锂,其熔融温度约为180oc。浆料配置过程中,溶剂为去离子水,其中,固体份的重量占所述浆料总重量约40wt%。

使用逆转辊微凹版涂布机将如上述方法制得的涂覆浆料涂覆在厚度为12um的聚乙烯微孔薄膜(孔隙率为40%)的一面上,涂层厚度约为4um,得到总厚度约为16um的无机陶瓷涂覆功能化锂离子电池隔离膜。用压汞仪测量复合多孔薄膜的孔隙率为41%,与聚乙烯微孔薄膜的孔隙率基本无差别。

实施例1至6和对比例1,对比例2的性能比较如下表1所示:

由上述表1可知,(1)在复合隔膜的热收缩方面,同等涂覆厚度下,实施例1至实施例6的热收缩都小于对比例1和对比例2,对于板状勃姆石涂层而言,可以在2um、3um的涂层厚度下达到氧化铝3um、4um涂层厚度的耐热效果,由此可以显著降低隔膜涂层厚度,提高锂离子电池的体积能量密度。此外,板状勃姆石颗粒的粒径和厚度也对涂层的耐热性有一定的影响。由此可见,板状勃姆石颗粒影响着锂离子电池隔膜的热收缩性能,且与其粒径大小、厚度和涂层厚度有关。

(2)在无机涂层的面密度方面,同等涂覆厚度下,由实施例1至实施例6可知,板状勃姆石颗粒的应用可以显著降低涂层的面密度,提高锂离子电池的重量能量密度。

(3)在无机涂层的水含量方面,由实施例1至实施例6可知,板状勃姆石颗粒由于其具有较高的堆积密度,可以以较薄的涂层厚度实现较好的涂层耐热性,所以由于其涂层厚度的降低,同样可以明显降低无机涂层的水分含量,更加有利于锂离子电池的长期循环特性。

(4)在无机涂层的电解液保液量方面,由实施例1至实施例6可知,板状勃姆石颗粒由于其具有较高的电解液亲和性和板状颗粒的堆积优势,可以在同样的无机涂层厚度下实现较高的电解液保液能力,更加有利于锂离子电池的长期循环特性。

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