一种用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜及制备方法与流程

本发明涉及电池材料领域，特别是涉及一种用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜及制备方法。

背景技术：

锂离子电池隔膜主要为多孔聚烯烃类，目前使用广泛的主要为聚乙烯或聚丙烯，在电池的正极和负极起到电子绝缘作用，另外也为电解液中离子的自由迁移提供通道。目前锂离子电池隔膜存在的问题主要有：1、在电池的使用过程中，由于放热温度较高，隔膜自行闭孔，但随着温度的进一步升高，隔膜产生的热收缩将导致电池正负两极接触短路从而引起爆炸；2、在反复的充放电过程中，电极表面产生的尖型晶体，容易造成隔膜破损从而导致短路。另外，考虑到隔膜在生产过程中拉伸卷曲以及电池的组装，也易刺破隔膜。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种强度高、不易破损的用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜及制备方法。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：

一种用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜，包括基膜和涂覆在基膜表面的陶瓷浆料，所述陶瓷浆料包括按重量份数计的以下组分：氧化铝1份、分散剂0.0125份、增稠剂0.3-0.4份、水性粘合剂0.1-0.2份和润湿剂，润湿剂与含有氧化铝、分散剂、增稠剂和水性粘合剂混合液的的重量份数比为0.001:1。

进一步的，所述基膜的厚度为5-12um。

进一步的，所述氧化铝比表面积为5-10m²/g，粒径为0.1-5um。

进一步的，所述分散剂包括离子型和非离子型。

进一步的，所述离子型分散剂包括聚丙烯酸盐、磷酸酯盐、磺酸酯盐和硫酸酯盐。

进一步的，所述聚丙烯酸盐为聚丙烯酸铵。

进一步的，所述增稠剂包括纤维素类和聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠。

进一步的，所述纤维素类增稠剂为羧甲基纤维素。

进一步的，所述水性粘合剂为聚丙烯酸酯。

一种用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）、用溶剂水将分散剂分散，然后将氧化铝加入分散搅拌，时间为50-70分钟，转速为1400-1600rpm，搅拌分散均匀后再进行研磨；

（2）、在步骤（1）中得到的溶解液中加入羧甲基纤维素增稠剂，并以搅拌速率为20-40rpm的速度分散20-40分钟；

（3）、在步骤（2）中的混合溶解液中加入水性粘合剂，并以搅拌速率为20-40rpm的速度分散20-40分钟，搅拌均匀；

（4）、加入润湿剂并以搅拌速率为20-40rpm的速度分散20-40分钟，搅拌均匀，将所得到的浆料涂覆到基膜表面，经过干燥得到陶瓷隔膜。

与现有技术相比，本发明用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜及制备方法和应用的有益效果是：克重增强，改善了隔膜的热收缩性能，隔膜的穿刺强度增强，不易破损。

附图说明

图1是用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜，包括基膜1和涂覆在基膜1表面的陶瓷浆料2，陶瓷浆料2包括氧化铝、分散剂、增稠剂、水性粘合剂和润湿剂。基膜的厚度为5-12um。

氧化铝比表面积为5-10m²/g，粒径为0.1-5um，粒径分布较集中，堆积更紧密，可增强穿刺强度。

分散剂包括离子型和非离子型。

离子型分散剂在水中电离成带电荷或亲水和疏水基团，在固体颗粒表面形成电子层，由于静电作用和空间作用，颗粒之间相互排斥难以发生团聚，如聚丙烯酸盐、磷酸酯盐、磺酸酯盐和硫酸酯盐等。本发明优选的分散剂为聚丙烯酸铵，其分子式为[ch2chcoonh4]n，聚丙烯酸铵在生产过程中经过加热，铵根离子可分解去除，与聚丙烯酸钠分散剂相比，可以减少钠离子的引入，提高电池循环性能。聚丙烯酸铵的作用为聚丙烯酸铵在水中解离为铵根离子和聚丙烯酸根离子，在氧化铝表面形成吸附层，使氧化铝颗粒表面带有电荷，由于静电排斥和空间位阻作用，可保持适当的颗粒间距，减少氧化铝颗粒的团聚，使氧化铝均匀分散。

非离子型分散剂在水中不发生电离，不以离子形式存在，如聚氧乙烯型和多元醇型。

增稠剂包括纤维素类和聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠等。纤维素类增稠剂包括甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素等，本发明优选的增稠剂是羧甲基纤维素（cmc），由纤维素羧甲基化得到，其水溶液具有增稠、粘结和稳定等作用，氧化铝经过分散研磨后，加入羧甲基纤维素使氧化铝保持稳定结构。

水性粘合剂为聚丙烯酸酯，作用是将基膜和陶瓷浆料涂层粘结牢固。聚丙烯酸类水性粘合剂由单体聚合形成，单体中的羧基能与碱性物质成盐，使聚合物具有水溶性。另外其具有极低的voc含量，绿色环保。

润湿剂包括硅氧烷类和脂肪醇类，主要作用是降低水的表面张力，调节涂层表面增强涂层的润湿性能，本发明优选的润湿剂为聚醚硅氧烷共聚物。

实施例一

一种用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）、用溶剂水将聚丙烯酸铵分散剂分散，然后将氧化铝加入分散搅拌，时间为60分钟，转速为1500rpm，搅拌分散均匀后再进行研磨，分散剂和氧化铝的重量份数比为0.0125：1。

（2）、在步骤（1）中得到的溶解液中加入羧甲基纤维素增稠剂，并以搅拌速率为30rpm的速度分散30分钟，增稠剂和氧化铝的重量份数比为0.4:1。

（3）、在步骤（2）中的混合溶解液中加入聚丙烯酸酯水性粘合剂，并以搅拌速率为30rpm的速度分散30分钟，搅拌均匀，水性粘合剂和氧化铝的重量份数比为0.2:1。

（4）、加入润湿剂并以搅拌速率为30rpm的速度分散30分钟，搅拌均匀。润湿剂和步骤（3）中所得混合液的重量份数比为0.001:1。将所得到的浆料涂覆到基膜表面，经过干燥得到陶瓷隔膜。

实施例二

一种用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）、用溶剂水将聚丙烯酸铵分散剂分散，然后将氧化铝加入分散搅拌，时间为50分钟，转速为1400rpm，搅拌分散均匀后再进行研磨，分散剂和氧化铝的重量份数比为0.0125：1。

（2）、在步骤（1）中得到的溶解液中加入羧甲基纤维素增稠剂，并以搅拌速率为20rpm的速度分散40分钟，增稠剂和氧化铝的重量份数比为0.3:1。

（3）、在步骤（2）中的混合溶解液中加入聚丙烯酸酯水性粘合剂，并以搅拌速率为20rpm的速度分散40分钟，搅拌均匀，水性粘合剂和氧化铝的重量份数比为0.1:1。

（4）、加入润湿剂并以搅拌速率为20rpm的速度分散40分钟，搅拌均匀。润湿剂和步骤（3）中所得混合液的重量份数比为0.001:1。将所得到的浆料涂覆到基膜表面，经过干燥得到陶瓷隔膜。

实施例三

一种用于锂离子电池的高安全性陶瓷隔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）、用溶剂水将聚丙烯酸铵分散剂分散，然后将氧化铝加入分散搅拌，时间为70分钟，转速为1600rpm，搅拌分散均匀后再进行研磨，分散剂和氧化铝的重量份数比为0.0125：1。

（2）、在步骤（1）中得到的溶解液中加入羧甲基纤维素增稠剂，并以搅拌速率为40rpm的速度分散20分钟，增稠剂和氧化铝的重量份数比为0.35:1。

（3）、在步骤（2）中的混合溶解液中加入聚丙烯酸酯水性粘合剂，并以搅拌速率为40rpm的速度分散20分钟，搅拌均匀，水性粘合剂和氧化铝的重量份数比为0.15:1。

（4）、加入润湿剂并以搅拌速率为40rpm的速度分散20分钟，搅拌均匀。润湿剂和步骤（3）中所得混合液的重量份数比为0.001:1。将所得到的浆料涂覆到基膜表面，经过干燥得到陶瓷隔膜。

本发明的陶瓷隔膜与对比例的陶瓷隔膜相比，克重增强，改善了隔膜的热收缩性能，隔膜的穿刺强度增强，不易破损。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。