[发明专利]一种水性PVDF涂覆锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种水性PVDF涂覆锂离子电池隔膜，包括基膜和涂覆于基膜单侧或双侧的PVDF涂层，所述涂层由混合乳液制得，且所述混合乳液包括PVDF乳液和粘结剂乳液，PVDF乳液在混合乳液中的重量占比为70～98％，粘结剂乳液在混合乳液中的重量占比为2～30％。本发明还提供了所述水性PVDF涂覆锂离子电池隔膜的制备方法。本发明提供的水性PVDF涂覆锂离子电池隔膜综合性能优异，且制备方法生产工艺简单、无污染。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种水性PVDF涂覆锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

自1991年日本索尼公司发明世界上第一个商品化的锂离子电池至今，由于其具有能量密度高、循环寿命长、比功率高、自放电率低、无记忆效应、安全可靠以及绿色环保等特点，锂离子电池取得了飞速的发展，被广泛应用于笔记本电脑、智能手机、平板电脑、数码相机等便携式电子(3C)产品，以及新能源汽车领域，已成为日常生活中不可或缺的产品。

锂离子电池的内部结构中正极、负极、隔膜、电解液是最为核心的四大材料，对锂电池的能量密度、循环性能、倍率性能、内阻等关键性能指标，以及耐高温、阻燃、自关断、电化学稳定性等安全性表现，均起着直接决定和综合影响的作用。隔膜作为关键的内层组件之一，其主要作用是隔绝正负极以防止两极接触而短路；同时作为锂离子的迁移通道，允许电解液中的锂离子在充放电时能自由通过微孔以保证电池正常工作，是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件。

随着新能源汽车以及高能量密度电池的发展，锂电池市场迎来了快速发展的机遇，同时对锂电池综合性能也提出了更高的要求，如大电流和高倍率放电、长时间稳定均一的输出、较高的耐热性和尺寸稳定性，以及良好的电解液浸润性及保液性等。然而，传统PP/PE聚烯烃隔膜由于差的耐高温性、电解液浸润性、耐穿刺性以及抗氧化性，已经不能满足其在动力电池等领域的应用。另一方面，高能量密度动力电池中需要使用更薄的聚烯烃隔膜，而这种厚度更薄隔膜的使用使得高温下隔膜更容易热收缩变形引起正负极片接触，内部短路引起局部迅速放热，从而引起着火、爆炸等安全性问题，存在着巨大的安全隐患。

因此，传统聚烯烃隔膜已无法满足当今高端3C产品及动力电池的使用要求，且已成为锂电池高性能化过程中亟待克服的难题，而隔膜涂层技术是解决传统聚烯烃隔膜缺点、提高隔膜综合性能及降低安全风险行之有效的一种手段。

聚偏氟乙烯(PVDF)由于优异的物理和化学性能，广泛应用于锂电池隔膜涂覆领域，PVDF涂层在一定程度上增加了隔膜与电解液的浸润性及与极片的粘接性能，其有效结合了凝胶电解质亲液性好、离子电导率高、耐化学腐蚀性强的特性以及传统基膜高的刚性结构、力学性能的特性。

现有锂离子电池PVDF涂覆技术包括油性涂覆工艺和水性涂覆工艺。中国专利CN108258169A公开的油性涂覆工艺，通过将PVDF树脂、助剂和有机溶剂浆液涂布于聚烯烃表面，再浸入凝固浴固化干燥后形成复合隔膜。该方法必须使用有机溶剂，其不仅污染环境，还存在回收利用难，成本高的问题，尤其是常用的有机溶剂丙酮，其为易燃、易爆、易制毒的化合物，属于限制性原料，在生产过程中存有不安全因素。

中国专利CN108832063A公开的水性涂覆工艺，通过将PVDF树脂粉末、水性粘合剂、表面活性剂和分散剂制备成基料，再将基料和水混合成浆料，涂布于基膜单侧或双侧得到电池隔膜。此方法在基料的制备过程中，制备过程步骤多、繁琐，需要将PVDF树脂粉末、水性粘合剂、表面活性剂和分散剂进行混合、碾磨、搅拌、分散等处理，有时候为提高浆料的稳定性，还需要进行多道复配工序处理。此方法由于使用PVDF树脂粉末与其他组分进行混配后制备基料，由于PVDF树脂粉末本身的特性，其很难在基料中进行均匀的分布，以致得到的基料中PVDF树脂粉末分布不均匀，并进一步地使得涂覆后的涂层厚度提高且分布不均匀，以致于影响锂离子电池的性能。

因此，有必要对PVDF涂覆锂离子电池隔膜中制备涂层的浆料做进一步的技术改进。

发明内容