锂离子电池用陶瓷隔膜及锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池用陶瓷隔膜及锂离子电池。锂离子电池用陶瓷隔膜包括基材层和涂覆在基材层的至少一侧表面上的陶瓷涂层，该陶瓷涂层包括陶瓷颗粒、分散剂以及粘结剂，粘结剂是由第一单体、第二单体和第三单体共聚而成的共聚物，第一单体为丙烯酸酯类单体，第二单体为丙烯酸和/或丙烯酸盐，第三单体为丙烯酸羟甲酯和/或羟甲基丙烯酰胺。本发明专利技术陶瓷隔膜避免了具有剧毒的丙烯腈单体的引入，使其在制备和使用过程中安全可靠，减少了对环境和使用人的不良影响。同时，在本发明专利技术所提供的上述陶瓷隔膜中通过将由上述三种特定聚合单体共聚形成粘结剂与陶瓷材料和分散剂配合使用，有利于制备分布均匀的，透气性好，且粘结强度大的陶瓷隔膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池制造领域，具体地，涉及一种锂离子电池用陶瓷隔膜及包括其的锂离子电池。
技术介绍
锂离子二次电池通常包括电极组件，容纳该电极组件的容器，以及电解液。其中电极组件包括极性相反的两个电极和用于防止两个电极之间发生短路的隔膜。现有的隔膜通常采用PE等聚烯烃类有机隔膜，然而这类隔膜的熔点较低，热稳定性较差，在因电池受到内部或外部刺激而使电池温度升高时，有机隔膜就可能会发生收缩或熔融，进而导致电池正负极短路，从而致使电池燃烧或爆炸。另外，这类有机隔膜还容易被正极活性材料氧化，而影响电池循环性能。为了现有PE等聚烯烃类有机隔膜所存在的上述问题，研发人员提出了在有机隔膜上涂覆陶瓷涂层的方案。在有机隔膜上涂覆陶瓷涂层可以很大幅度上改善电池的安全性能和循环性能。例如，在专利CN201210444056.7中，以氧化铝为陶瓷颗粒，以丙烯酸和丙烯腈的共聚物为粘结剂，制备了陶瓷隔膜。又例如，在专利CN201310533838.2中，以丙烯酸丁酯，全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯和丙烯腈的共聚物乳液为粘结剂，二氧化硅或二氧化钛溶胶为无机颗粒制备了陶瓷隔膜。在上述两篇专利文献中所制备的陶瓷隔膜虽然能够在一定程度上改善电池的安全性能和循环性能。然而，在CN201210444056.7所提供的方案中，由于无机颗粒和粘结剂之间的粘结强度不够，所制备的陶瓷隔膜容易掉粉，进而会影响循环等电池性能。而在CN201310533838.2所提供的方案中由于使用了大量的粘结剂使陶瓷隔膜的透气性变差，电池的输出特性受到影响。另外，与上述两篇专利相同的是，在现有技术中已有的陶瓷隔膜中，往往会使用丙烯腈单体，这种丙烯腈单体的使用虽然可以改善粘结剂的内聚能密度，然而，由于这种丙烯腈单体具有剧毒，很容易对环境和使用人造成不良影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池用陶瓷隔膜及包括其的锂离子电池，以在避免使用具有剧毒的原料(丙烯腈单体)的同时，改善锂离子电池的安全性能和循环性能。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种锂离子电池用陶瓷隔膜，包括基材层和涂覆在所述基材层的至少一侧表面上的陶瓷涂层，该陶瓷涂层包括陶瓷颗粒、分散剂以及粘结剂，所述粘结剂是由第一单体、第二单体和第三单体共聚而成的共聚物，所述第一单体为丙烯酸酯类单体，所述第二单体为丙烯酸和/或丙烯酸盐，所述第三单体为丙烯酸羟甲酯和/或羟甲基丙烯酰胺。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种锂离子电池，包括电极组件，所述电池组件包括电池隔膜，该电池隔膜为上述锂离子电池用陶瓷隔膜。本专利技术所提供的锂离子电池用陶瓷隔膜及包括其的锂离子电池，在陶瓷涂层中避免了具有剧毒的丙烯腈单体的引入，而是采用了无毒的丙烯酸酯类单体、丙烯酸和/或丙烯酸盐、以及丙烯酸羟甲酯和/或羟甲基丙烯酰胺作为聚合单体形成粘结剂，这就使得本专利技术所提供的锂离子电池用陶瓷隔膜在制备和使用过程中安全可靠，减少了对环境和使用人的不良影响。同时，在本专利技术所提供的上述锂离子电池用陶瓷隔膜中通过将由上述三种特定聚合单体共聚形成粘结剂与陶瓷材料和分散剂配合使用，有利于制备分布均匀的，透气性好，且粘结强度大的陶瓷涂层，进而有利于改善锂离子电池的安全性能和循环性能。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是根据本专利技术实施例1所制备的陶瓷隔膜的SEM图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。正如
技术介绍
部分所描述的，在现有技术已有的陶瓷隔膜中，往往会使用丙烯腈单体，但由于这种丙烯腈单体具有剧毒，很容易对环境和使用人造成不良影响。为了在提高锂离子电池陶瓷隔膜的安全性能和循环性能的基础上，改善这一问题。本专利技术的专利技术人进行了大量的研究，并提出了一种锂离子电池用陶瓷隔膜，包括基材层和涂覆在所述基材层的至少一侧表面上的陶瓷涂层，该陶瓷涂层包括陶瓷颗粒、分散剂以及粘结剂，所述粘结剂是由第一单体、第二单体和第三单体共聚而成的共聚物，所述第一单体为丙烯酸酯类单体，所述第二单体为丙烯酸和/或丙烯酸盐，所述第三单体为丙烯酸羟甲酯和/或羟甲基丙烯酰胺。在本专利技术所提出的上述锂离子电池用陶瓷隔膜中，避免了具有剧毒的丙烯腈单体的引入，而是采用了无毒的丙烯酸酯类单体、丙烯酸和/或丙烯酸盐、以及丙烯酸羟甲酯和/或羟甲基丙烯酰胺作为聚合单体形成粘结剂，这就使得本专利技术所提供的锂离子电池用陶瓷隔膜在制备和使用过程中安全可靠，减少了对环境和使用人的不良影响。同时，在本专利技术锂离子电池用陶瓷隔膜所采用的粘结剂中，丙烯酸酯类单体(第一单体)的使用能够降低粘结剂的玻璃化温度，改善所制备的陶瓷涂层的柔韧性；丙稀酸类单体(第二单体)的使用，一方面有利于提高粘结剂在陶瓷涂料乳液中的分散性，提高陶瓷涂料的稳定性，减少凝聚物，进而使得粘结剂在所制备的陶瓷涂层中分布更为均匀，另一方面丙稀酸类单体能够与吸附有分散剂的陶瓷颗粒相互作用，增强了陶瓷颗粒和分散剂的相互作用，从而进一步改善所制备的陶瓷涂层的均匀性和粘结强度；而具有交联官能团的交联单体(第三单体)的使用增加了粘结剂自身的内聚能密度和与陶瓷颗粒的化学作用，从而增加了所制备的陶瓷涂层的粘结强度。在本专利技术所提供的上述陶瓷隔膜中通过将由上述三种特定聚合单体共聚形成粘结剂与陶瓷材料和分散剂配合使用有利于制备分布均匀的，透气性好，且粘结强度大的陶瓷涂层，进而有利于改善锂离子电池的安全性能和循环性能。根据本专利技术所提供的锂离子电池用陶瓷隔膜，优选以所述粘结剂的重量为100％计包括：85wt％-98.9wt％的所述第一单体，0.1wt％-5wt％的所述第二单体，1wt％-10wt％的所述第三单体。在本专利技术锂离子电池用陶瓷隔膜所采用的粘结剂中，将第一单体的用量控制在85wt％-98.9wt％，有利于使得所制备玻璃化温度适中的陶瓷涂层，使其具有较好的柔韧性，避免陶瓷隔膜因玻璃化温度过高在电池制作的卷饶过程可能发生破裂的情况。同时有利于增强与隔膜的相互作用，进而使其具有较好的粘接强度。将第二单体的用量控制在0.1wt％-5wt％范围内，有利于提高粘结剂在乳液中的分散性，稳定性，同时可以增加粘结剂与陶瓷颗粒之间的吸附力。将第三单体的用量控制在1wt％-10wt％范围内，在保持体系稳定的同时，有利于与陶瓷颗粒间形成适中的交联度，进而增加所制备的陶瓷涂层的粘结强度，避免掉粉现象的产生。同时使粘接剂保持合理的玻璃化温度，使陶瓷隔膜具有较好的柔韧性。根据本专利技术所提供的锂离子电池用陶瓷隔膜，只要采用由上述三种特定聚合单体共聚形成粘结剂就能够形成分布均匀的，透气性好，且粘结强度大的陶瓷涂层，然而，在本专利技术的一种优选实施方式中，上述锂离子电池用陶瓷隔膜中所述粘结剂的玻璃化温度为-40℃至0℃。将所采用的粘结剂的玻璃化温度控制在-40℃至0℃范围内，有利于在保证包含由该陶瓷涂料制备的陶瓷涂层的陶瓷隔膜的机械性能的同时，避免陶瓷隔膜因玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用陶瓷隔膜，包括基材层和涂覆在所述基材层的至少一侧表面上的陶瓷涂层，其特征在于，所述陶瓷涂层包括陶瓷颗粒、分散剂以及粘结剂，所述粘结剂是由第一单体、第二单体和第三单体共聚而成的共聚物，所述第一单体为丙烯酸酯类单体，所述第二单体为丙烯酸和/或丙烯酸盐，所述第三单体为丙烯酸羟甲酯和/或羟甲基丙烯酰胺。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用陶瓷隔膜，包括基材层和涂覆在所述基材层的至少一侧表面上的陶瓷涂层，其特征在于，所述陶瓷涂层包括陶瓷颗粒、分散剂以及粘结剂，所述粘结剂是由第一单体、第二单体和第三单体共聚而成的共聚物，所述第一单体为丙烯酸酯类单体，所述第二单体为丙烯酸和/或丙烯酸盐，所述第三单体为丙烯酸羟甲酯和/或羟甲基丙烯酰胺。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其中，所述粘结剂以其重量为100％计包括：85wt％-98.9wt％的所述第一单体，0.1wt％-5wt％的所述第二单体，1wt％-10wt％的所述第三单体。3.根据权利要求2所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其中，所述粘结剂的玻璃化温度为-40℃至0℃。4.根据权利要求3所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其中，在以所述陶瓷涂料制备陶瓷涂层的过程中，所述粘结剂是以乳液形式引入，所述乳液的固含量为20wt％-50wt％，所述乳液中共聚物颗粒粒径为50nm-500nm。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其中，所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸C1-C8酯中的一种或多种，优选为丙烯酸C1-C6酯中的一种或多种，优选为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯以及丙烯酸丁酯中的一种或多种。6.根据权利要求1至4中任意一项所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其中，所述丙烯酸盐为丙烯酸锂、丙烯酸钠、丙烯酸钾和丙烯酸铵中的一种或多种。7.根据权利要求1至4中任意一项所述的锂离子电池用陶瓷隔膜，其中，所述陶瓷涂层以其重量为100％计包括：88wt％-96...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁丹，刘荣华，高磊，吴金祥，单军，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44