[发明专利]一种原位合成水性陶瓷浆料的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池涂覆隔膜技术领域，公开了一种原位合成水性陶瓷浆料的方法，包括如下步骤：A.将多孔片状勃姆石加入改性剂反应制备出含双键无机颗粒，保留备用；B.在混合活性单体液中加入步骤A制备的含双键的无机改性颗粒，原位聚合制备出水性陶瓷浆料；本发明制备的水性陶瓷浆料的陶瓷颗粒是一种多孔片状勃姆石，利用勃姆石表面铝羟基(Ai‑OH)与羧基的酯化作用获得具有反应活性的含双键勃姆石颗粒，然后通过原位聚合在多孔片状勃姆石表面包覆一层薄薄高分子层；用于解决陶瓷涂覆隔膜中有机‑无机材料的界面相容性较差，出现“掉粉”问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜领域，具体涉及一种原位合成水性陶瓷浆料的制备方法。

背景技术

安全问题是锂基二次电池应用中必须考虑的最重要的问题之一。隔膜的稳定性直接关系到电池的可靠性。因此，研发制备出在高温条件下具有高稳定性结构的隔膜，它能在异常情况下关闭电池的“自我保护”独特性能，该性能对电池的应用具有极其重要的意义。然而，由于聚烯烃隔膜表面缺少活性基团难以对其表面改性，针对当前传统聚烯烃隔膜的存在的问题，研究人员提出采用涂覆、表面接枝、共混等方法对其改性，其中表面涂覆技术近年来受到科研人员和制造商们的关注。在隔膜表面涂覆耐高温的无机纳米颗粒，以增强热尺寸稳定性及润湿性能，这是一种能有效解决上述问题的简便的方法，即所谓的陶瓷复合隔膜技术。

陶瓷复合隔膜技术是在聚烯烃微孔膜的基础上以高性能锂基二次电池的需求为基础而发展起来的技术。顾名思义，隔膜结构中既包括有机材料，也包括无机陶瓷材料。常见的陶瓷颗粒有Al₂O₃和SiO₂等。陶瓷涂覆层对陶瓷隔膜的性能起到关键作用，而陶瓷粉体是陶瓷涂层的关键组成成分。中国专利“一种锂离子电池用水性陶瓷浆料及其复合隔膜制备方法”(申请号：201710579998.9，公开日：20171128)公开了一种锂离子电池用水性陶瓷浆料及其复合隔膜制备方法，该水性陶瓷浆料由无机粉体(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)、粘结剂、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。

上述发明专利公示的方法所制备的陶瓷隔膜具有良好的热稳定性和对液体电解质的润湿性，但陶瓷纳米颗粒的改性导致隔膜厚度增加，部分气孔堵塞，阻碍了其在高能大功率系统中的应用；上述所获得的陶瓷隔膜，纳米粒子与聚烯烃隔膜的结合不充分，会导致颗粒“掉粉”，降低隔膜性能，从而导致所制备锂电池性能的下降。

鉴于此，需要研究开发一种分散性好、易于制备的水性陶瓷浆料。

发明内容

本发明的目的在于，解决有机-无机材料的界面相容性较差，出现“掉粉”问题，以及“堵孔”，使得电池循环性和倍率性变差的问题。本发明研制兼具隔热与“自我保护”功能的新型陶瓷涂覆隔膜，一方面在聚烯烃隔膜基材表面接枝具有良好相容性的聚合物分子刷，提高基材与陶瓷颗粒粘结力；另一方面在聚合物分子刷上嫁接陶瓷颗粒，通过涂覆工艺的调控制备出高性能的陶瓷复合隔膜。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种原位合成水性陶瓷浆料的制备方法，包括如下步骤：

A.多孔片状勃姆石加入含羧基的改性剂反应制备出含双键无机颗粒，保留备用；

B.在混合活性单体液中加入步骤A制备的所述含双键无机颗粒，原位聚合制备出水性陶瓷浆料。

优选的，包括如下步骤：