[发明专利]一种锂离子电池陶瓷隔膜浆料

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池陶瓷隔膜用浆料。

背景技术

随着生态环境压力越来越大，发展电动汽车已成为重要的方向。锂离子电池以其 高能量密度和长循环寿命成为了重要的动力电源。锂离子电池隔膜是一种多孔膜，阻隔正 负极，防止电池内部短路，但允许离子通过，使其充放电过程中在正负极间的快速传输，是 锂离子电池的关键部件之一，在制造电池的材料中占据非常重要的地位。作为动力电源用 的锂离子电池隔膜的发展方向主要集中在提高热稳定性、机械强度、孔隙率等方面。根据实 际应用，电池损坏主要因素之一是聚烯烃隔膜收缩和熔化。隔膜严重收缩或者熔化会导致 电池的正、负极之间直接接触，造成短路，生成的热量导致热失控而引发危险，因此提高隔 膜的耐热稳定性是动力锂离子电池发展的主要方向。

为了提高锂离子电池的安全性，隔膜必须具有低的热收缩和在机械方向上具有高 的机械强度。提高隔膜热机械性能通常采用两种方法：一是三层膜复合如PP/PE/PP，二是采 用无机纳米颗粒在PE、PP基膜上涂覆获得陶瓷复合膜。由于无机纳米涂层具有化学稳定和 热稳定好，工艺简单，成本低等特点，无机纳米颗粒涂层成为提高动力锂离子电池安全性的 主流。公开号为CN104051696A的发明专利申请文件中公开了一种锂离子电池用隔膜及其制 备方法，涂层由多层片状无机纳米颗粒堆叠形成，能有效降低隔膜的热收缩率和涂覆隔膜 的自卷曲度。但是由于其单面涂层厚度为4μm左右，且片状结构容易堵塞聚烯烃基膜微孔， 隔膜透气性改善不明显。这将不利于锂离子的传输，从而增加电池内阻，影响电化学性能。 公开号为CN104538573A的发明专利申请文件中公开了一种锂离子电池用隔膜及其制备方 法，为解决陶瓷涂层隔膜影响电池内阻的问题，他们选用了石墨及其无机包覆物作为涂层 隔膜的无机填料。经过在基膜表面进行涂覆，所制复合膜能降低电池内阻，但涂层厚度约为 4μm左右，凹凸不平，这样不够平滑的表面容易造成隔膜划伤和复合膜掉粉，不利于生产和 运输。公开号为CN104269505A的发明专利公开了一种复合膜锂离子电池隔膜及其制备方 法。通过采用氧化铝、二氧化硅、硫酸钡两两共掺的方式作为无机填料，复合涂层隔膜能有 效地降低热收缩。虽然无机纳米颗粒相对于片状的颗粒会改善隔膜的透气性，但4μm的单面 涂层厚度会提高内阻并且占用电池内有限的空间，不利于能量和功率密度等电化学性能。

由上述可见，以往的技术都存在无机纳米涂层厚，涂层粘附力差等缺陷。为了解决 现有技术存在的问题，本发明提出一种新的技术方案，采用无机纳米颗粒和晶须复合浆料， 获得超薄涂层、粘附力强、具有高热稳定性的陶瓷涂层锂离子电池陶瓷隔膜。

发明内容

本发明提供一种无机纳米粒子和晶须复合的浆料，该浆料可通过辊涂的方式，连 续在PE/PP上形成均匀无机纳米和晶须的复合膜，经干燥得到超薄涂层，抗热收缩性能优 良、粘附力强的陶瓷涂层锂离子电池隔膜。

所述的浆料由无机纳米粒子和晶须、基料和水组成，其中纳米粒子和晶须总质量 百分比为20~50wt%,基料为1.6~7.5wt%,水为42.5~78.4wt%。为了提高隔膜的抗热收缩性 且保持隔膜较优越的性能，浆料的固含量需控制在合适的范围。固含量较低，将不足以提高 陶瓷涂层的抗热收缩性能。固含量过大，虽然能提高抗热收缩性，但是会增加涂层厚度，会 对基膜本身产生不利影响，例如透气性会有所变差，额外增加电池的重量，占用电池内部的 空间等。因此，固含量在30%-45%为佳。

所述的无机纳米粒子为氧化铝、勃姆石、二氧化硅、硫酸钡，颗粒大小为10-200nm。 晶须为氧化铝、勃姆石，晶须长为0.5-2μm。无机纳米粒子与晶须重量比1:9~9:1。如无机纳 米粒子和晶须小于1:9，涂层厚度过薄，隔膜热性能降低；如无机纳米颗粒与晶须比大于9: 1，会造成涂层厚，粘附力小。因此，无机纳米颗粒与晶须重量比在3:7~5:5为佳。

所述的基料为粘结剂、分散剂以及增稠剂。其中分散剂为羧酸盐、硫酸酯盐、磺酸 盐中的一种或几种0.1~0.5wt%。粘合剂为苯乙烯一丁二烯橡胶、聚乙烯醇、丙烯酸乳液、乙 烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或几种的混合物，占浆料总质量1~5wt%；所述增稠剂为羧甲基 纤维素钠、甲基羟乙基纤维素、聚氧化乙烯、聚氨酯、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物， 占浆料总质量0.5~2wt%，优选聚丙烯酰胺。