[发明专利]一种锂离子电池用水性陶瓷浆料及其复合隔膜制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用水性陶瓷浆料及其复合隔膜制备方法。

背景技术

锂离子电池自商业化以来，由于具有工作电压高、能量密度高、使用寿命长、自放电率低和绿色环保等特点，被广泛用于电子产品和电动车领域。加之环境污染和能源短缺等问题的加剧，近年来国家加大了对锂离子电池的技术推广和资金扶持。

随着锂离子电池的大规模的应用，其安全问题也日益凸显。隔膜作为锂电池产品关键部件之一，其生产和使用在新材料领域受到国家的高度重视。目前隔膜主要通过干法工艺和湿法工艺进行生产。但在孔径及均匀性、孔隙率、热稳定性、抗穿刺等方面存在一定缺陷，特别在应用于高性能锂离子电池方面显得捉襟见肘。高性能锂离子电池要求隔膜应具有更好的热稳定性、更高的孔隙率和强度等特点。然而，目前产业化的隔膜各项性能均不能很好兼顾，在追求高能量密度和大功率充放电能力时，就需要降低隔膜的厚度并提高隔膜的孔隙率，以降低电池的内阻。但这势必会降低隔膜的强度、热稳定性以及抗穿刺等性能，锂离子电池的安全性也会急剧下降。因此，开发新的隔膜材料需在改善隔膜性能的同时，提升锂离子电池的安全性能。

为了改善电池的安全性，国内外科研单位和生产商均认为在聚烯烃隔膜上进行陶瓷涂覆是一种较为可行的途径。一般来说，陶瓷复合隔膜主要有三大特点： (1)提升隔膜的热尺寸稳定性，增强电池的高温安全性；(2)提升隔膜的润湿特性，增强隔膜的亲液能力和保液能力，延长电池的使用寿命；(3)调制微孔的均匀性，改善局部过热的问题，同时增强隔膜的抗穿刺强度。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种锂离子电池用水性陶瓷浆料。该水性陶瓷浆料由无机粉体、粘接剂、分散剂、助剂和去离子水制成，本发明还提供了该水性陶瓷复合隔膜的制备方法。相对油性陶瓷涂覆锂离子电池隔膜来说，本发明公开的复合隔膜具有良好的浸润性能、耐热性能和粘接性能，涂层无机粉体粒径均匀，有效地提高了电池的安全性能，且不会对环境造成污染，具有良好的应用前景。

具体地，本发明提供了一种锂离子电池用水性陶瓷浆料，按质量百分比计，由15-40％的无机粉体、0.5-5％的粘接剂、0.2-5％的分散剂、0.1-1％的助剂和50-80％的去离子水制成。

上述所述无机粉体为勃姆石、氧化铝、氢氧化镁、二氧化硅、氢氧化铝、二氧化钛、二氧化锆中的一种或几种组合。

上述所述粘接剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、氟橡胶、丁腈橡胶、顺丁橡胶、聚丙烯腈、乙烯-乙烯醇共聚物、三元乙丙橡胶、聚氨基甲酸乙酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚乙烯基乙醚、聚酰亚胺、丁苯橡胶、丙苯橡胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氨酯中的一种或几种组合。

上述所述分散剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇 1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇10000、聚乙二醇20000、聚乙二醇50000、聚乙烯吡咯烷酮K15、聚乙烯吡咯烷酮K30、聚乙烯吡咯烷酮k40、聚乙烯吡咯烷酮K60、聚乙烯吡咯烷酮K80、聚乙烯吡咯烷酮k90中的一种或几种组合。

上述所述助剂为十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠、丁基萘磺酸钠、异辛醇磷酸酯、硬脂酸甲酯聚氧乙烯醚磺酸钠、聚氧乙烯月桂醇醚、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种或几种组合。

本发明还提供了一种锂离子电池陶瓷复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)水性陶瓷浆料的制备：a)将无机粉体、分散剂和去离子水按质量百分比加入球磨机中研磨1小时，球磨机转速设定为2000-4000rpm，得分散液Ⅰ；b) 将分散液Ⅰ倒入高速分散机中，并按质量百分比加入水性粘结剂和助剂，分散时间为2h，转速设定为4000-6000rpm，真空脱泡12-36h，并于600目不锈钢筛网过滤，得水性陶瓷浆料；

(2)使用涂覆机将水性陶瓷浆料均匀涂覆在微孔基膜一侧，干燥后得锂离子电池隔膜，涂层厚度2-6μm。

进一步地：一种锂离子电池陶瓷复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)水性陶瓷浆料的制备：a)将无机粉体、分散剂和去离子水按质量百分比加入球磨机中研磨1小时，球磨机转速设定为2950rpm，得分散液Ⅰ；b)将分散液Ⅰ倒入高速分散机中，并按质量百分比加入水性粘结剂和助剂，分散时间为2h，转速设定为5000rpm，真空脱泡24h，并于600目不锈钢筛网过滤，得水性陶瓷浆料；