[发明专利]一种改性纳米陶瓷颗粒及其制备方法、陶瓷隔膜浆料及其制备方法、隔膜和锂离子电池

说明书

本发明提供一种改性纳米陶瓷颗粒及其制备方法、陶瓷隔膜浆料及其制备方法、隔膜和锂离子电池。所述改性纳米陶瓷颗粒含有极性基团，所述极性基团包括乙酰基。所述改性纳米陶瓷颗粒的制备方法包括：将配方量的带有含氨基团的纳米陶瓷颗粒、乙酰化剂和催化剂混合，进行反应，得到所述改性纳米陶瓷颗粒。本发明提供的陶瓷隔膜浆料对环境无毒无害，使用本发明的陶瓷隔膜浆料制备的隔膜可以使电池的循环性能和倍率性能有很大提高。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种改性纳米陶瓷颗粒及其制备方法、陶瓷隔膜浆料及其制备方法、隔膜和锂离子电池。

背景技术

以锂离子电池为代表的各类新能源电池，目前在电动汽车和储能领域中均有广泛应用。随着市场对新能源电池需求日益增长，如何在保证电池的安全性和有效性的前提下提升生产效率以扩大产能，就成为了各大新能源电池制造商及其上游供应商亟待解决的课题。电池的主要组成部件包括外壳、电解液、正负极和隔膜等，其中，作为电池核心部件的隔膜，目前以粉末陶瓷涂覆隔膜为主，其生产涉及到使用将粉末陶瓷材料制备成浆料后涂覆在基材表面的工艺过程。涂覆加工的技术核心在于浆料的配方，根据隔膜产品的定位和下游对特定性能的要求，企业需要使用不同的浆料配方，其在涂覆总的成本占比也高达到65％左右。陶瓷涂覆浆料主要包括陶瓷颗粒、粘结剂、溶剂和添加剂四种主要成分。

常用的陶瓷材料包括二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化铝等。商业用的陶瓷颗粒尺寸均为微米级，在制备浆料时容易彼此团聚，分散不均匀，影响涂覆后隔膜对电解液的吸液和保液性能。另外浆料制备的过程中，粘合剂也是不可或缺的组分之一，其质量对电池成品的质量有着直接影响。目前市面上主流的锂电池陶瓷隔膜专用粘合剂是丙烯酸酯体系的水性乳液粘合剂，这类粘合剂及其生产工艺均已趋于成熟，应用广泛。然而乳液体系属于热力学不稳定体系，容易因机械剪切、电解质、温度变化和长时间储存等而破乳导致变质，且乳液型粘合剂在制备过程中需要加入多种助剂，成分和工艺流程较为复杂，且各类助剂可能对粘合剂产品的性能造成难以预知的影响。

CN105552285A公开了一种陶瓷涂层隔膜，为对称的五层层状结构，包括两最外层的陶瓷涂层、两次外层的氯化聚烯烃涂层和中间层的基体隔膜。其制备方法是将陶瓷粒子改性处理后制成陶瓷涂层浆料，然后将氯化聚烯烃涂料涂在基体隔膜上烘干形成氯化聚烯烃涂层，最后将陶瓷涂层浆料涂在基体隔膜的氯化聚烯烃涂层上烘干，即制成陶瓷涂层隔膜。该方案的隔膜结构复杂，需要制涂布四层涂层，导致成本提高，其陶瓷涂层的性能还有待进一步加强。

CN106299222A公开了一种隔膜及其二次电池。该方案的隔膜包括基材和附着于基材表面上的涂层，涂层中含有抗静电添加剂、粘结剂和陶瓷材料颗粒，抗静电添加剂选自碳材料，涂层的厚度与陶瓷材料颗粒的中值粒径之比为1:0.5～1.5。但是该方案中，高陶瓷粉末与粘结剂以及电解液的结合力还有待增强，陶瓷涂层的性能还有待进一步加强。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种改性纳米陶瓷颗粒及其制备方法、陶瓷隔膜浆料及其制备方法、隔膜和锂离子电池。本发明提供的改性纳米陶瓷颗粒，其具有乙酰基的极性较大，将其应用于与锂电池领域时能够提高与粘结剂以及电解液的结合力。本发明提供的陶瓷隔膜浆料能提高陶瓷粉末与粘结剂以及电解液的结合力，使用本发明的浆料制备的隔膜能够使锂离子电池的循环性能和倍率性能有很大提高。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种改性纳米陶瓷颗粒，所述改性纳米陶瓷颗粒含有极性基团，所述极性基团包括乙酰基。