一种用于粘结锂电池隔膜与极片的涂层浆料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于粘结锂电池隔膜与极片的涂层浆料及其制备方法，将该涂层浆料涂覆于电池隔膜或极片上将电池隔膜和极片粘接，然后对其进行干燥，在涂层内形成孔隙；所述涂层浆料是由以下组分按重量份数制备而成：造孔剂1~10份、无机颗粒1~20份和粘结剂3~10份。本发明通过高温干燥过程中气体的释放实现涂层孔隙的均匀分布，可以有效避免浆料在涂层表面涂覆过程中堵塞基底的现象，从而解决涂胶隔膜或其他涂胶极片用于锂离子电池内阻大影响倍率循环等性能的问题。
【专利说明】一种用于粘结锂电池隔膜与极片的涂层浆料及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池造孔用涂层材料及其制备方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]自20世纪90年代锂离子电池商业化以来，由于其具有电压高、能量密度大、循环寿命长、无记忆效应等优点，被广泛应用于消费电子产品中，目前也被作为动力电池应用于各类纯电动、混合动力汽车中，且产能需求逐年递增。
[0005]目前，锂离子电池的制作方式主要有两种，卷绕式与叠片式，两种工艺各有优缺点。从性能方面将两种方式进行对比:卷绕式电池的内阻较高、高倍率放电容量较少、放电平台略低，由于极耳厚度、内部边缘空间没有被完全利用，体积比容量略低;叠片式电池内阻较低，高倍率放电容量较多，多极片并联更容易在短时间完成大电流放电；放电平台高，内阻较低极化较小，电池内部空间利用充分，体积比容量更高。对于实际操作方面:卷绕式工艺生产控制相对简单，对操作工要求低，知道流程并控制好极片对位后即可合格完成卷绕;叠片工艺的生产控制较繁琐，数量庞大的极片检测转运统计等都是难点；负极片相对于正极片的过长、过宽设计一般不会太大，所以需要操作人员有一定的操作基础。从电池性能与实际生产两方面综合比较:卷绕的优势在于制程容易，叠片的优势在于电池各方面质量好，为了综合两种工艺的优势，目前以卷绕式叠片电池为主，其中最主要的一个工序就是将隔膜与正负极片进行粘合固定，对于隔膜与极片的粘合，目前主要方法是先在隔膜上进行涂胶，然后将极片与涂胶隔膜进行热复合达到两者粘合的目的。
[0006]—般来说，锂离子电池包括正负极片，夹在两者之间的隔膜、电解液以及密封壳体，目前商品化的锂离子电池用隔膜一般为PP或PE材质，为了改善聚烯烃隔膜的热稳性以增强锂离子电池的安全性，目前主要采用的方案是在隔膜的单面或双面涂覆由无机颗粒和粘结剂组成的多孔活性层，形成有机-无机的复合隔膜。对于卷绕式叠片电池而言，其隔膜及正极片需要涂胶以实现对极片的有效固定，然而使用隔膜涂胶的工艺方式很容易带来额外的弊端，如造成隔膜部分区域闭孔而导致整个隔膜的离子导电率降低，造成所制作电池内阻偏大，最终影响锂离子电池的倍率及循环性能，所以隔膜的微孔结构对电池的电性能及安全性能至关重要，为避免卷绕式叠片电池隔膜或者极片在涂布粘性胶液、无机涂层等导致堵塞涂覆基底孔隙等的问题。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于:提供一种用于粘结锂电池隔膜与极片的涂层浆料及其制备方法，可以应用于锂离子电池隔膜或者正负极极片上，通过造孔剂在涂层浆料均匀分布，使其在干燥过程中的分解而释放出气体，实现在涂层中形成均匀分布的孔隙。
[0009]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种用于粘结锂电池隔膜与极片的涂层浆料，该涂层浆料涂覆于电池隔膜或极片上将电池隔膜和极片粘接，然后干燥，在涂层内形成孔隙;所述涂层浆料是由以下组分按重量份数制备而成:造孔剂I?1份、无机颗粒I?20份和粘结剂3?1份。
[0010]进一步方案，所述无机颗粒为氧化铝、勃姆石、二氧化硅;所述粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、丙烯腈多元聚合物LAl 33。
[0011]进一步方案，所述造孔剂的分解温度为5(T08(TC，且其分解后产生气体。
[0012]更进一步方案，所述的造孔剂为粒径为5?10nm的碳酸铵或碳酸氢铵。
[0013]进一步方案，所述干燥的温度高于造孔剂的分解温度，使造孔剂分解产生气体而在涂层中形成孔隙。
[0014]碳酸铵、碳酸氢铵一般在60V即可完全分解成氨气和二氧化碳气体。
[0015]本发明的另一个发明目的是提供上述涂层浆料的制备方法，其步骤如下:
(1)将造孔剂溶解于溶剂中形成造孔剂溶液；
(2)将无机颗粒均匀分散于溶剂中形成无机颗粒液；
(3)将粘结剂均匀分散于溶剂中形成胶液；
(4)将造孔剂溶液和胶液一起加入到无机颗粒液中进行搅拌混合，使造孔剂均匀分布，得到涂层浆料。
[0016]进一步方案，所述步骤(1)、(2)、(3)中的溶剂为水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、丙酮或碳酸酯。
[0017]本发明在涂层胶液中增加了造孔剂，并通过造孔剂浆料中的均匀分布，使其在干燥过程中的分解而释放出气体，实现在涂层中形成均匀分布的孔隙。使用时，将本发明制备的涂层浆料均匀地涂覆在锂电池隔膜或正负极片上，将其与正负极片或隔膜粘连在一起；然后在高于70°C的温度下进行加热干燥，涂层浆料凝固成涂层，其中的造孔剂受热分解成气体，从而在涂层中形成均匀的孔隙。从而使隔膜保持微孔结构，提高其离子导电率，使最终制成的电池倍率及循环性能不受影响。
[0018]本发明中造孔剂的粒径为5?lOOnm，使其适应锂离子电池隔膜的功能。
[0019]所以本发明的有益效果在于:
(I)本发明使造孔剂均匀分散于涂层浆料中，在对涂层浆料进行干燥过程中，其中易分解的物质在高温下将气体解释放出来，从而在涂层高温干燥的过程中形成一定的孔隙，且气体产生的孔隙分布均匀，以达到对涂层造孔的目的。可以有效避免胶液在涂覆过程中堵塞隔膜基底的现象，从而解决涂胶隔膜或极片用于锂离子电池内阻大的问题，避免涂层孔隙少对电池倍率及循环性能的影响。
[0020](2)本发明的涂层浆料可应用于正极极片、负极极片或者隔膜上，满足不同涂层的造孔需要。
[0021](3)本发明中造孔剂在高温干燥的过程中会全部分解以气体形式释放，不会出现残留物对后期制成电池的性能影响。
[0022]
【附图说明】
[0023]结合附图对本发明进一步说明:
图1为本发明涂层浆料中造孔剂的分布示意图；
图2为本发明涂层浆料干燥后示意图。
[0024]
【具体实施方式】
[0025]实施例1:
在50ml的圆底烧瓶中，加入0.1g的碳酸氢钱，然后加入20ml的去离子水，搅拌条件下形成澄清透明的溶液;另一烧瓶中加入Ig的氧化铝陶瓷干粉颗粒，后加入10ml去离子水进行分散;第三只烧瓶取0.5g的聚偏氟乙烯PVDF粘结剂，将其在50ml有机溶剂NMP中搅拌分散；待三者均分散均匀后，将澄清透明的碳酸氢铵溶液、分散好的PVDF胶液加入到盛放氧化铝的烧瓶中，待三者充分混合后即制成涂层浆料。然后将此涂层浆料涂覆于隔膜基底上与极片连接后进行80°C干燥，即可实现隔膜与极片连接，并在涂层中形成分布均匀的孔隙。
[0026]如图1所示，将涂层浆料涂覆于隔膜基底I上，造孔剂3在涂层浆料2中均匀分布;干燥后，如图2所示，在涂层的两端形成相连通的气孔4、5。
[0027]
实施例2:
在50ml的圆底烧瓶中，加入0.1g的碳酸钱，然后加入20ml的去离子水，搅拌条件下形成澄清透明的溶液;另一烧瓶中加入Ig的勃姆石干粉颗粒，后加入10ml去离子水进行分散；第三只烧瓶取0.5g的羧甲基纤维素CMC粘结剂，将其在50ml去离子水中搅拌分散;待三者均分散均匀后，将澄清透明的碳酸氢铵溶液、分散好的CMC胶液加入到盛勃姆石的烧瓶中，待三者充分混合后即制成涂层浆料。然后将此涂层浆料涂覆于隔膜基底上与极片连接后进行80°C干燥，即可实现隔膜与极片连接，并在涂层中形成分布均匀的孔隙。
[0028]
实施例3:
在150ml的圆底烧瓶中，加入0.1g的碳酸氢铵，然后加入120ml的去离子水，搅拌条件下形成澄清透明的溶液;另一烧瓶中加入Ig二氧化硅干粉颗粒，后加入10ml去离子水进行分散;第三只烧瓶取0.5g的聚丙烯酸PAA，将其在50ml去离子水中搅拌分散;待三者均分散均匀后，将澄清透明的碳酸氢铵溶液、分散好的PAA胶液加入到盛装二氧化硅的烧瓶中进行搅拌，待三者搅拌至分散均匀后即制成涂层浆料。然后将此涂层浆料涂覆于正极片基底上与隔膜粘接后进行80°C干燥，即可实现隔膜与正极片连接，并在涂层中形成分布均匀的孔隙。
[0029]
实施例4:
在150ml的圆底烧瓶中，加入0.1g的碳酸铵，然后加入120ml的去离子水，搅拌条件下形成澄清透明的溶液；另一烧瓶中加入Ig二氧化硅干粉颗粒，后加入10ml去离子水进行分散;第三只烧瓶取0.5g的丙烯腈多元聚合物LA133，将其在50ml去离子水中搅拌分散;待三者均分散均匀后，将澄清透明的碳酸氢铵溶液、分散好的LAl 33胶液加入到盛装二氧化硅的烧瓶中进行搅拌，待三者搅拌至分散均匀后即制成涂层浆料。然后将此涂层浆料涂覆于负极片基底上与隔膜粘接后进行80°C干燥，即可实现隔膜与负极片粘接，并在涂层中形成分布均匀的孔隙。
[0030]应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围内。
【主权项】
1.一种用于粘结锂电池隔膜与极片的涂层浆料，其特征在于:该涂层浆料涂覆于电池隔膜或极片上将电池隔膜和极片粘接，然后对其进行干燥，在涂层内形成孔隙;所述涂层浆料是由以下组分按重量份数制备而成:造孔剂I?10份、无机颗粒I?20份和粘结剂3~10份。2.根据权利要求1所述的涂层浆料，其特征在于:所述无机颗粒为氧化铝、勃姆石、二氧化硅;所述粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、丙烯腈多元聚合物LA133。3.根据权利要求1所述的涂层浆料，其特征在于:所述造孔剂的分解温度为50t>8(TC，且其分解后产生气体。4.根据权利要求3所述的涂层浆料，其特征在于:所述的造孔剂为粒径为5?10nm的碳酸铵或碳酸氢铵。5.根据权利要求1所述的涂层浆料，其特征在于:所述干燥的温度高于造孔剂的分解温度。6.如权利要求1所述的涂层浆料的制备方法，其特征在于:步骤如下: (1)将造孔剂溶解于溶剂中形成造孔剂溶液； (2)将无机颗粒均匀分散于溶剂中形成无机颗粒液； (3)将粘结剂均匀分散于溶剂中形成胶液； (4)将造孔剂溶液和胶液一起加入到无机颗粒液中进行搅拌混合，使造孔剂均匀分布，得到涂层浆料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)、(2)、(3)中的溶剂为水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、丙酮或碳酸酯。
【文档编号】H01M2/16GK105845872SQ201610287260
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】王双双, 臧强, 李新峰, 姜雨恒
【申请人】合肥国轩高科动力能源有限公司