一种芳纶涂覆的锂离子电池隔膜及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锂离子电池隔膜，特别是一种芳纶涂覆的锂离子电池隔膜。
【背景技术】
[0002] 目前，商业化的隔膜大多采用聚乙烯或聚丙烯隔膜，其具有较高孔隙率、较低的电 阻、较高的抗撕裂强度、较好的抗酸碱能力、良好的弹性及对非质子溶剂的保持性能。但是， 烯烃多孔膜熔点低于170°c，它的热收缩性能较差，致使锂离子电池的安全性能存在一定的 局限性。
[0003] 从锂电池安全性的角度考虑，越来越多的电池企业开始把目光投向隔膜涂覆改性 领域，生产出复合的锂离子电池隔膜。在电池充放电过程中，即使聚烯烃膜发生收缩甚至融 化，涂层仍能够保持隔膜的完整性，能够有效防止正负极大面积短路，同时，还能够有效改 善隔膜的表面张力，降低隔膜与极片的界面阻抗，提高隔膜的吸液性能。
[0004] 芳纶全称"聚对/间苯二甲酰对苯二胺"，是一种新型高科技合成纤维，具有超高 强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能。芳纶涂覆 隔膜具有耐高温性能好、能量密度高、浸润性优异、使用寿命长等优势，获得了广泛的关注。
[0005] 目前在制备芳纶涂覆锂离子电池隔膜时，多直接使用DMAC、DMF、NMP、DMSO等有机 溶剂配合助溶剂溶解芳纶纤维，然后向芳纶纤维溶解液中添加无机颗粒造孔剂，制备出芳 纶浆料，经涂覆制得芳纶涂布锂离子电池隔膜。该方法由于缺少满足锂离子电池隔膜特殊 要求方面的考虑，直接导致了以下问题的产生：第一、无机颗粒造孔剂在有机溶剂中分散困 难，影响涂层及成孔均匀性；第二、使用有机溶剂做凝固浴，环境污染严重；第三、芳纶浆料 形成的涂层与基膜粘接性差，在凝固浴下容易脱落；第四，虽然有企业使用纯水做凝固浴， 但是浸凝固浴的时间在IOmin以上，无法满足连续化大规模生产的需求。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是克服已有技术的缺陷、提供一种芳纶涂覆的锂离子 电池隔膜，它具有涂层粘结性、成孔均匀性良好，环境友好，便于大规模连续性生产的特点。
[0007] 此外，本发明还要提供所述芳纶涂覆锂离子电池隔膜的制备方法。
[0008] 为解决上述问题，本发明采取的技术方案为： 一种芳纶涂覆的锂离子电池隔膜，由锂离子电池基膜以及在基膜一侧或两侧的涂层组 成，所述涂层由芳纶浆料经涂布、浸水、烘干后获得； 所述芳纶浆料的组成及其质量份数为： 芳纶纤维3-8份， 第一溶剂59-80份， 第二溶剂8-33. 5份， 助溶剂 3-5份， 分散剂 0. 1-0. 2份， 乳化剂0. 5-2. 5份， 胶黏剂1-2份， 所述第一溶剂为NMP、DMSO、DMF或DMAC中的一种； 所述第二溶剂为乙酸乙酯、异丙醇、二氯甲烷或磷酸三乙酯中的一种或几种；所述乳化 剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠或聚丙烯酰胺中的一种或几种；所述胶黏剂为乙烯基吡咯烷酮 和乙酸乙烯酯共聚物。
[0009] 上述芳纶涂覆的锂离子电池隔膜，所述涂层厚度为0. 5-4 ym。
[0010] 上述芳纶涂覆的锂离子电池隔膜，所述助溶剂为CaCl2、K0H、LiCl或吡啶中的一种 或几种。
[0011] 上述芳纶涂覆的锂离子电池隔膜，所述芳纶纤维分子量为5000-100000。
[0012] 上述芳纶涂覆的锂离子电池隔膜，所述分散剂为分子量10-100万的聚氧化乙烯 超细粉末。
[0013] 上述芳纶涂覆的锂离子电池隔膜，所述锂离子电池基膜为厚度5-40 ym、孔隙率为 30-80%的聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合膜、聚酰亚胺膜、聚偏氟乙烯 膜、聚乙烯无纺布膜、聚丙烯无纺布膜或聚酰亚胺无纺布膜中的一种。
[0014] 上述芳纶涂覆的锂离子电池隔膜，所述芳纶纤维为间位芳纶纤维、对位芳纶纤维、 间位芳纶浆柏或对位芳纶浆柏中的一种或多种。
[0015] 一种芳纶涂覆的锂离子电池隔膜的制备方法，制备按以下步骤进行： a. 将第一溶剂和助溶剂搅拌溶解后，缓慢均匀地加入分散剂，边加入边搅拌，待分散剂 完全溶解后加入芳纶纤维，在60-1KTC加热、搅拌至完全溶解，制得芳纶纤维溶解液； b. 按比例将第二溶剂、乳化剂混合，分散均勾，同配方量的聚合物胶黏剂一起加入芳 纶纤维溶解液中，分散均匀制得芳纶浆料； c. 将芳纶浆料涂覆在经电晕处理的锂电池基膜的单侧或双侧，浸入纯水凝固浴 3_15s,烘干即得成品。
[0016] 有益效果 本发明与已有技术相比，其优点和有益效果是： a.本发明制备的芳纶涂覆的锂离子电池隔膜，引入了亲水性的乳化剂替代无机颗粒造 孔剂，首先避免了无机颗粒在有机溶剂中分散困难的问题，提高了涂层均匀性和成孔的均 匀性，其次，改善了芳纶浆料与水之间的界面亲水性，将涂覆后所需的浸凝固浴的时间降低 至3-15s，有利于连续稳定大规模生产。
[0017] b.本发明给出的锂离子电池隔膜的制备方法，采用纯水作为凝固浴，对环境友好； 同时乙烯基吡咯烷酮和乙酸乙烯酯（PVP-VA)共聚胶黏剂和纯水凝固浴的配合使用，改善了 在凝固浴中芳纶浆料形成的涂层与基膜的粘接性能，同时减少了有机溶剂的使用量。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明实施例1的SEM照片； 图2为本发明实施例1-3循环次数图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明芳纶涂覆的锂离子电池隔膜，由锂离子电池基膜以及基膜一侧或两侧的涂 层组成，所述的涂层由芳纶浆料经涂布、浸水、烘干后获得，所述的芳纶浆料的组成及质量 份数为： 芳纶纤维3-8份， 第一溶剂59-80份， 第二溶剂8-33. 5份， 助溶剂 3-5份， 分散剂 0. 1-0. 2份， 乳化剂 0. 5-2. 5份， 胶黏剂 1-2份， 所述第一溶剂为NMP、DMSO、DMF或DMAC中的一种； 所述第二溶剂为乙酸乙酯、异丙醇、二氯甲烷、磷酸三乙酯中的一种或几种；所述乳化 剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺中的一种或几种；所述胶黏剂为乙烯基吡咯烷酮和 乙酸乙烯酯共聚物。
[0020] 本发明中的乳化剂为亲水性的乳化剂，用于芳纶涂层的造孔剂，替代无机颗粒， 亲水性乳化剂在有机溶剂中容易分散，从而提高了芳纶涂层的厚度均匀性和成孔均匀性， 并且，改善了芳纶浆料与水之间的界面亲水性，将涂覆后所需的浸凝固浴的时间降低至 3-15s，有利于连续稳定大规模生产。
[0021] 本发明中的分散剂为分子量10-100万的聚氧化乙烯超细(大于等于300目）粉 末。该分散剂在芳纶溶解过程中可以有效减少芳纶短切纤维的絮聚缠绕，分子量过低作用 不大，分子量过高在第一溶剂中溶解困难。
[0022] 胶黏剂选用乙烯基吡咯烷酮和乙酸乙烯酯（PVP-VA)共聚，能够与凝固浴中的纯水 反应，降低隔膜的浸水时间，将浸水时间由10分钟降低到3-15秒。
[0023] 以下提供几个具体的实施例对本发明作进一步说明。
[0024] 实施例1: a. 称取0. 5kg的助溶剂LiCl加入到8kg第一溶剂DMC中搅拌至完全溶解，边搅拌边 缓慢而均匀的加入分子量10-100万的分散剂聚氧化乙烯粉末〇. lkg，低速搅拌至分散剂完 全溶解，加入分子量10万左右的间位芳纶短切纤维〇. 3kg，沸水浴加热并搅拌至完全溶解， 得到间位芳纶纤维溶解液I ; b. 取第二溶剂二氯甲烧0. 8kg，加入聚乙稀醇粉末0. 2kg分散40min后，同0.1 kg的胶 黏剂乙烯基吡咯烷酮和乙酸乙烯酯加入到上述芳纶溶解液中，分散均匀制得芳纶浆料； c. 选取16 y m厚度的电晕聚丙烯膜，孔隙率为42%，采用凹版涂布方式将芳纶浆料涂布 于基膜的单侧，涂布速率为15m/min，浸水10s，使用三级烘箱进行烘干，各级烘箱温度分别 为501：、601：、551：，干燥后得芳纶涂覆的锂离子电池隔膜。所述芳纶涂覆的锂离子电池隔 膜厚度为20 y m，涂层厚度为4 y m。
[0025] 实施例2 a.称取0. 3kg的助溶剂吡啶加入到5. 9kg第一溶剂NMP中搅拌混合均匀，边搅拌边缓 慢而均匀的加入分子量10-100万的分散剂聚氧化乙烯粉末0. 05kg，低速搅拌至分散剂完 全溶解，加入分子量2万以下的间位芳纶短切纤维0. 8kg，沸水浴加热并搅拌至完全溶解， 得到间位芳纶纤维溶解液I; b. 取第二溶剂异丙醇2. 55kg，加入聚丙稀酸钠粉末