一种陶瓷涂层隔膜及制备方法和应用技术

本申请公开了一种陶瓷涂层隔膜及制备方法和应用。本申请的陶瓷涂层隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的陶瓷涂层，其中，陶瓷涂层由表面接枝聚乙二醇的无机颗粒涂布而成。本申请的陶瓷涂层隔膜，创造性的采用表面接枝聚乙二醇的无机颗粒制备陶瓷涂层，使得无机颗粒与基膜的界面结合力更好，提高了陶瓷涂层隔膜整体的剥离强度，在保留陶瓷涂层耐高温等特征同时，又解决了无机颗粒脱落、掉粉问题。表面接枝聚乙二醇的无机颗粒在水中的分散效果更好，使得陶瓷涂层隔膜均匀性更好。采用表面接枝聚乙二醇的无机颗粒形成的陶瓷涂层吸液速率更快，吸液率更高，吸收电解液后形成凝胶状，使得陶瓷涂层隔膜能更好的贴合在电极表面。

A ceramic coating membrane and preparation method and Application

The invention discloses a ceramic coating diaphragm and a preparation method and application thereof. The ceramic coating diaphragm of the present application includes a base film and a ceramic coating coated on at least one surface of the base film, wherein the ceramic coating is coated by an inorganic particle grafted on the surface of polyethylene glycol. The application of ceramic coating diaphragm, the creative use of the inorganic particles grafted with polyethylene glycol to prepare the ceramic coating, which makes the interfacial bonding force of the inorganic particles and the base film better, improves the overall peel strength of the ceramic coating diaphragm, while retaining the characteristics of the high temperature resistance of the ceramic coating, and also solves the fall of the inorganic particles. Get rid of the powder problem. The surface grafted polyethylene glycol has better dispersion effect in water, and makes the ceramic coating better uniformity. The ceramic coating formed by the inorganic particles with the surface grafting polyethylene glycol has a faster liquid absorption rate, a higher liquid absorption rate and a gel form after the absorption of the electrolyte, so that the ceramic coating membrane can be better fitted to the surface of the electrode.

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷涂层隔膜及制备方法和应用
本申请涉及锂离子电池隔膜领域，特别是涉及一种陶瓷涂层隔膜及制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池隔膜是一种多孔膜。锂离子电池隔膜在锂离子电池中的主要作用是隔离电池正负极，防止电池内部短路；提供锂离子在充放电过程中的迁移的通道，允许锂离子通过。前商业化的隔膜主要分为干法单向拉伸隔膜、湿法双向拉伸隔膜。参见专利US5480745、JP2004323820。为进一步提高锂电池隔膜吸收电解液的能力、提升隔膜的热稳定性以及抵抗锂枝晶的能力，通常在隔膜表面复合耐高温涂层。陶瓷由于可以在水中分散，环保性好，目前已经广泛用于隔膜的涂覆，以制备成热稳定性好的耐高温陶瓷涂层隔膜。但陶瓷作为无机材料，陶瓷颗粒之间无应力传导，使得陶瓷涂层隔膜的力学强度下降严重；而且陶瓷颗粒无机材料与有机隔膜基膜的相容性差，使得陶瓷颗粒容易脱落，即掉粉，致使陶瓷涂层隔膜的耐高温性能下降，影响电池性能。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的陶瓷涂层隔膜及制备方法和应用。为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：本申请的一方面公开了一种陶瓷涂层隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的陶瓷涂层，其中，陶瓷涂层由表面接枝聚乙二醇的无机颗粒涂布而成。需要说明的是，本申请创造性的采用表面接枝聚乙二醇的无机颗粒制备陶瓷涂层，一方面，使得本申请的陶瓷涂层隔膜热稳定性好、耐高温、具有较好的抵抗锂枝晶的能力；另一方面，表面接枝聚乙二醇的无机颗粒与基膜的界面结合力更好，不易脱落，无掉粉现象，并且使得本申请的陶瓷涂层隔膜吸液速率更快，吸液率更高，而且吸收电解液后容易形成凝胶状，能够更好的贴合在电极表面。其中，吸液速率快能够提高电池生产的效率；吸液率高能够加速电池充放电的速率并提高电池寿命；形成凝胶状即胶黏状态，有利于贴合电极表面，贴合后可以提高内阻的一致性，延长电池的使用寿命。此外，本申请采用的表面接枝聚乙二醇的无机颗粒，在水中的分散效果更好，使得制备的陶瓷涂层更均匀，进而使得本申请的陶瓷涂层隔膜性能更加稳定可靠。可以理解，本申请的关键在于采用表面接枝聚乙二醇的无机颗粒制备陶瓷涂层，至于无机颗粒的具体类型，可以参考现有的陶瓷涂层所采用的无机颗粒。但是，本申请的优选方案中，为了达到更好的效果，对无机颗粒进行了特别限定，详见以下技术方案。优选的，本申请的陶瓷涂层隔膜在180度角度的剥离强度大于40N/m。需要说明的是，本申请的陶瓷涂层隔膜，由于采用表面接枝聚乙二醇的无机颗粒制备陶瓷涂层，使得陶瓷涂层与基膜的结合力更好，不易脱落，无掉粉现象，并且，本申请的实现方式中，本申请陶瓷涂层隔膜在180度角度的剥离强度大于40N/m，本申请的实施例中剥离强度都在70N/m以上，最高可以达到98N/m，陶瓷涂层与基膜的结合力强，保障了陶瓷涂层隔膜的各项性能，避免了陶瓷涂层脱落对隔膜或电池的影响。优选的，基膜为聚烯烃微孔膜。更优选的，聚烯烃微孔膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜或者聚乙烯微孔膜和聚丙烯微孔膜组成的两层或多层复合膜。优选的，无机颗粒选自三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝和勃姆石中的至少一种。优选的，基膜的厚度为5-60μm，孔隙率为10％-60％，孔径为0.01-0.5μm。本申请的另一面公开了本申请的陶瓷涂层隔膜在锂离子电池中的应用。本申请的另一面公开了一种采用本申请的陶瓷涂层隔膜的锂离子电池。需要说明的是，由于本申请的陶瓷涂层隔膜，其陶瓷涂层不易脱落，无掉粉现象，避免了掉粉对锂离子电池性能的影响，提高了锂离子电池的稳定性和安全性；并且，本申请的陶瓷涂层隔膜吸液速率快、吸液率更高，并且吸收电解液后形成凝胶状使得隔膜更好的贴合在电极表面，使得锂离子电池的整体性能更好。本申请的再一面公开了本申请的陶瓷涂层隔膜的制备方法，包括以下步骤，制备表面接枝聚乙二醇的无机颗粒的步骤，将无机颗粒分散到乙醇中，加入氨基硅烷偶联剂，在20℃-80℃，PH值6-8，反应1-4小时，将反应产物洗涤干燥获得表面带有氨基的无机颗粒；将缩合剂、表面带有氨基的无机颗粒、端基带有羧基的聚乙二醇三者混合，在20℃-50℃搅拌反应1-8小时，然后，水洗获得表面接枝聚乙二醇的无机颗粒；制备涂覆浆料的步骤，将表面接枝聚乙二醇的无机颗粒分散到水中，搅拌均匀，制成涂覆浆料；制备陶瓷涂层隔膜的步骤：将涂覆浆料涂布在所述基膜的至少一个表面，获得所述陶瓷涂层隔膜。需要说明的是，本申请的制备方法中，其中制备表面接枝聚乙二醇的无机颗粒的步骤，相比其它表面接枝聚合物的方法，本申请无需有机溶剂，更加环保、安全。优选的，缩合剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪和N-羟基丁二酰亚胺中的至少一种。需要说明的是缩合剂的作用是使无机颗粒表面的氨基与聚乙二醇的羧基发生缩合反应，从而使聚乙二醇接枝在无机颗粒表面；基于该原理，不排除还可以采用其它可以促进缩合反应的化学试剂，在此不做具体限定。优选的，制备陶瓷涂层隔膜的步骤还包括，将涂覆浆料涂布在所述基膜的至少一个表面后，加热挥发水份，获得陶瓷涂层隔膜；其中，加热的温度为30-80℃，时间为5-72s。优选的，涂布采用刮刀涂布法、迈耶棒涂布法、逆辊涂布法、凹版辊涂布法、浸涂、刷涂中的至少一种。由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：本申请的陶瓷涂层隔膜，创造性的采用表面接枝聚乙二醇的无机颗粒制备陶瓷涂层，使得无机颗粒与基膜的界面结合力更好，提高了陶瓷涂层隔膜整体的剥离强度，并且，在保留了陶瓷涂层的耐高温等特征的同时，又很好的解决了无机颗粒脱落、掉粉的问题。表面接枝聚乙二醇的无机颗粒在水中的分散效果更好，使得制备的陶瓷涂层隔膜均匀性更好。采用表面接枝聚乙二醇的无机颗粒形成的陶瓷涂层吸液速率更快，吸液率更高，而且吸收电解液后容易形成凝胶状，使得陶瓷涂层隔膜能够更好的贴合在电极表面，提高了锂离子电池的整体综合性能。附图说明图1是本申请实施例中剥离强度测试的示意图；图2是本申请实施例中陶瓷涂层隔膜的结构示意图。具体实施方式现有的陶瓷涂层隔膜中，无机颗粒容易脱落，发生掉粉现象，是陶瓷涂层隔膜的一大难题。本申请在对陶瓷涂层隔膜进行长期的生产实践和研究的过程中发现，采用表面接枝聚乙二醇的无机颗粒制备陶瓷涂层，既可以保留陶瓷涂层本身的特征，又可以很好的解决无机颗粒脱落的问题。根据以上研究，本申请提供了一种陶瓷涂层隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的陶瓷涂层，其中，陶瓷涂层由表面接枝聚乙二醇的无机颗粒涂布而成。本申请的陶瓷涂层隔膜，结构如图2所示，表面接枝聚乙二醇的无机颗粒，实际上是在无机颗粒21的表面形成了一层聚乙二醇包覆层211，形成核壳结构的颗粒，然后再涂覆于基膜22表面。表面接枝聚乙二醇的无机颗粒与基膜的界面结合力更好，不易脱落，从而解决了陶瓷涂层隔膜的掉粉问题。下面通过具体实施例和附图对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。实施例1本例采用深圳中兴创新材料技术有限公司厚度16μm，孔隙率为40％，孔径为0.02-0.03μm的聚丙烯微孔膜作为基膜；采用表面接枝聚乙二醇的三氧化二铝，制备本例的陶瓷涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷涂层隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的陶瓷涂层，其特征在于：所述陶瓷涂层由表面接枝聚乙二醇的无机颗粒涂布而成。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷涂层隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的陶瓷涂层，其特征在于：所述陶瓷涂层由表面接枝聚乙二醇的无机颗粒涂布而成。2.根据权利要求1所述的陶瓷涂层隔膜，其特征在于：所述陶瓷涂层隔膜在180度角度的剥离强度大于40N/m。3.根据权利要求1所述的陶瓷涂层隔膜，其特征在于：所述基膜为聚烯烃微孔膜，优选的，所述聚烯烃微孔膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜或者聚乙烯微孔膜和聚丙烯微孔膜组成的两层或多层复合膜。4.根据权利要求1-3任一项所述的陶瓷涂层隔膜，其特征在于：所述无机颗粒选自三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛、氧化锌、氧化镁、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、勃姆石中的至少一种。5.根据权利要求1-3任一项所述的陶瓷涂层隔膜，其特征在于：基膜的厚度为5-60μm，孔隙率为10％-60％，孔径为0.01-0.5μm。6.根据权利要求1-5任一项所述的陶瓷涂层隔膜在锂离子电池中的应用。7.一种采用权利要求1-5任一项所述的陶瓷涂层隔膜的锂离子电池。8.根据权利要求1-5任一项所述的陶瓷涂层隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，制备表面接枝聚乙二醇的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚坤，王哲，张辉，乔井会，
申请(专利权)人：深圳中兴创新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44