一种PVDF涂覆锂离子电池隔膜及其制备方法技术

一种PVDF涂覆锂离子电池隔膜及其制备方法，所述PVDF涂覆锂离子电池隔膜由基膜和涂布于基膜单侧或双侧的涂层构成，所述涂层由浆料经涂布、烘干后获得，所述涂层厚度为0.1-0.5μm，涂层中包含排列均匀的PVDF球状颗粒。本发明专利技术摒弃现有PVDF涂覆锂离子电池隔膜以丙酮等油性物质作溶剂的传统工艺，采用水作为PVDF材料的溶剂，且不添加任何增稠剂，得到低粘度水性PVDF涂覆浆料，使用该浆料涂覆后得到PVDF颗粒排布整齐且相对疏松的超薄涂层，上述超薄涂层在能够有效粘接隔膜和极片的同时，提升了极片硬度和电池有效利用空间，降低了因涂层厚而带来的透气损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池技术，特别是一种PVDF涂覆锂离子电池隔膜及其制备方法，属电池

技术介绍
锂离子电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应的特性以及安全、可靠且能快速充放电等优点，成为近年来新型电源技术的研究热点。锂离子电池的构成包括正极、负极、隔膜和电解质，隔膜作为正负极之间的阻隔物对锂离子电池的性能起到至关重要的作用，其性能直接影响到电池的容量和循环，特别是影响到电池安全性能的重要因素，在隔膜表面进行涂覆是提高隔膜安全性的有效方法。PVDF（聚偏氟乙烯）涂覆的锂离子电池隔膜是在传统隔膜的基础上，经过特殊工艺处理表面涂覆PVDF材料。PVDF涂覆层可与锂离子电池中电解质结合为稳定的凝胶质导电聚合物，显著提高锂离子电池的性能。与普通隔膜相比，PVDF涂覆隔膜具有以下优点：1、PVDF涂覆隔膜可以增加对电解液的吸液性和保液性，显著提高电池的安全性；2、PVDF涂覆隔膜明显提高电芯一致性；3、PVDF涂覆隔膜减少电池膨胀率，具有低的漏液气胀率；4、PVDF涂覆隔膜能够增加电池的循环性能；5、PVDF涂层可以粘接隔膜和极片，使得极片硬度变高，电池更薄更结实，方便加工和运输。现有锂离子电池PVDF隔膜的涂层技术，普遍采用油性涂覆工艺，油性涂覆工艺多是采用丙酮做溶剂，存在的问题是：丙酮易燃、易爆，且对人体有很大伤害，在生产过程中存有不安全因素；同时丙酮是制造冰毒的原料，其使用受到有关部门的控制严格；此外，采用丙酮等油性溶剂制作的涂层，隔膜进行表面涂覆后，由于油性浆料与隔膜材质相容性较好，浆料会渗透到基膜的微孔中，导致透气损失很大，容易造成隔膜堵孔，影响电池性能，缩小了电池中正负极材料的有效利用空间，使电池容量及性能受到限制。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的缺陷，提供一种生产过程无污染、安全性高、涂层薄、有利于提升电池有效利用空间的PVDF涂覆锂离子电池隔膜。此外，本专利技术还提供了所述PVDF涂覆锂离子电池隔膜的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种PVDF涂覆锂离子电池隔膜，由基膜和涂布于基膜单侧或双侧的涂层构成，所述涂层由浆料经涂布、烘干后获得，所述涂层厚度为0.1-0.5μm，涂层中包含排列整齐的PVDF球状颗粒。上述PVDF涂覆锂离子电池隔膜，所述浆料为低固含量水性PVDF浆料，浆料中按照重量百分比计含有1-2.5％的基料，余量为去离子水，所述基料由以下质量份的物质组成：PVDF树脂粉末65-75份、水性粘合剂3-7份、表面活性剂1.5-3份、分散剂8-15份，分散剂为磷酸三乙酯。上述PVDF涂覆锂离子电池隔膜，所述PVDF树脂粉末为偏氟乙烯均聚物粉末或偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物粉末中的一种，PVDF树脂粉末呈球形颗粒，颗粒粒径为100-150nm；所述水性粘合剂为丁苯乳胶、苯丙乳胶、纯苯乳胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸乙酯、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯或聚氨酯中的一种或几种的混合物；所述表面活性剂为氟代烷基甲氧基醚醇、氟代烷基乙氧基醚醇、聚氧乙烯烷基酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合物。上述PVDF涂覆锂离子电池隔膜，所述基膜为聚乙烯基膜、聚丙烯基膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合基膜、聚酰亚胺基膜、聚偏氟乙烯基膜、聚乙烯无纺布基膜、聚丙烯无纺布基膜或聚酰亚胺无纺布基膜中的一种，基膜厚度为5-40μm，孔隙率为30-60%。一种制备如上所述PVDF涂覆锂离子电池隔膜的方法，按下述步骤进行：a．按照配比称取组成浆料的各物质；b．取配比量的分散剂、去离子水，两者混合，搅拌10-30分钟，加热至温度50℃-70℃，制成混合物一；c．向上述混合物一中加入配比量的PVDF树脂粉末，研磨1-2小时得到混合物二；d．向上述混合物二中加入配比量的水性粘合剂、表面活性剂，搅拌均匀后，用400目不锈钢筛网过滤即制得低固含量水性PVDF浆料，浆料粘度为3-10mPa·s；e．将浆料涂布于基膜的单侧或双侧，干燥后即制得PVDF涂覆锂离子电池隔膜。上述PVDF涂覆锂离子电池隔膜的制备方法，浆料涂布方式为凹版式涂布、窄缝式涂布、浸涂式涂布或喷涂式涂布中的一种，烘干温度为40-70℃。本专利技术PVDF涂覆锂离子电池隔膜与现有技术相比，具有以下主要优点：1、本专利技术摒弃现有PVDF涂覆锂离子电池隔膜以丙酮等油性物质作溶剂的传统工艺，采用水作为PVDF材料的溶剂，且不添加任何增稠剂，得到低粘度水性PVDF涂覆浆料，使用该浆料涂覆后得到PVDF颗粒排布整齐紧密的超薄涂层，涂层厚度仅为0.1-0.5μm。上述超薄涂层在能够有效粘接隔膜和极片的同时，提升了极片硬度和电池有效利用空间，降低了因涂层厚而带来的透气损失。2、本专利技术针对PVDF树脂具有极强疏水性、在水性体系中团聚严重的特点，选择合理配比的磷酸三乙酯作为PVDF的分散剂。磷酸三乙酯作为水和PVDF的中间介质加入，当磷酸三乙酯水解生成磷酸二乙酯时，在PVDF分子周围生成大量的羟基，使PVDF较好的分散在水中，有效提高PVDF的粘结性，改善了涂层在烘干过程中因水分挥发太快造成的龟裂现象。此外，磷酸三乙酯价格低廉，操作简单，降低了生产成本，利于工业化生产。3、本专利技术采用水作为PVDF树脂的溶剂，生产过程环境友好、安全性高，生产成本低，另一方面用水作溶剂能够极大地降低，利于工业推广。4、本专利技术隔膜涂层材料中的PVDF树脂在电解液中能够溶胀，对电解液有良好的吸液性和保液性，增加电池循环寿命，显著提高电芯一致性和电池安全性。附图说明图1是以本专利技术PVDF涂覆锂离子电池隔膜制备的锂离子电池与常规油性PVDF涂覆锂离子电池隔膜制备的锂离子电池的恒流放电循环测试数据图；图2是本专利技术PVDF涂覆锂离子电池隔膜表观形貌电子扫描显像图（SEM图）；图3是采用磷酸三乙酯作为溶剂制备的油性PVDF涂覆锂离子电池隔膜表观形貌电子扫描显像图。具体实施方式本专利技术所述PVDF涂覆锂离子电池隔膜，由基膜和涂布于基膜单侧或双侧的涂层构成，所述涂层浆料经涂布、烘干后获得。采用的浆料为水性溶剂PVDF低固含量的浆料，浆料中按照重量百分比计含有1-2.5％的基料，余量为去离子水。以该浆料制成的超薄涂层厚度仅为0.1-0.5μm，涂层中包含排列整齐、分散均匀的PVDF球状颗粒，如图2所示。上述超薄涂层在能够有效粘接隔膜和极片的同时，提升了极片硬度和电池有效利用空间，降低了因涂层厚而带来的透气损失。在结构上，PVDF由CH2键和CF2键相间连接而成，这种化学键结构使PVDF既具有典型的含氟聚合物的稳定性，又使其分子链上的交互基团能产生一个独特的极性，该极性影响着PVDF与锂离子、活性材料和金属集流器之间的相互作用力，即PVDF涂层与隔膜和电池极片间的粘接力。但同时PVDF分子链上氟原子的对称分布又导致了该材料表面能低、疏水性强、在水中难分散的问题。材料是否亲水，取决于材料本身是否带极性基团如羟基、羧基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PVDF涂覆锂离子电池隔膜，由基膜和涂布于基膜单侧或双侧的涂层构成，所述涂层由浆料经涂布、烘干后获得，其特征在于：所述涂层厚度为0.1‑0.5μm，涂层中包含排列整齐的PVDF球状颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种PVDF涂覆锂离子电池隔膜，由基膜和涂布于基膜单侧或双侧的涂层构成，所述涂层由浆料经涂布、烘干后获得，其特征在于：所述涂层厚度为0.1-0.5μm，涂层中包含排列整齐的PVDF球状颗粒。
2.根据权利要求1所述的PVDF涂覆锂离子电池隔膜，其特征在于，所述浆料为低固含量水性PVDF浆料，浆料中按照重量百分比计含有1-2.5％的基料，余量为去离子水，所述基料由以下质量份的物质组成：PVDF树脂粉末65-75份、水性粘合剂3-7份、表面活性剂1.5-3份、分散剂8-15份，分散剂为磷酸三乙酯。
3.根据权利要求2所述的PVDF涂覆锂离子电池隔膜，其特征在于，所述PVDF树脂粉末为偏氟乙烯均聚物粉末或偏氟乙烯与六氟丙烯共聚物粉末中的一种，PVDF树脂粉末呈球形颗粒，颗粒粒径为100-150nm；所述水性粘合剂为丁苯乳胶、苯丙乳胶、纯苯乳胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸乙酯、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯中的一种或几种的混合物；所述表面活性剂为氟代烷基甲氧基醚醇、氟代烷基乙氧基醚醇、聚氧乙烯烷基酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵中雷，武跃，邵培苓，孙卫佳，于中彬，王庆通，庄浩然，
申请(专利权)人：沧州明珠隔膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13