一种作为锂离子电池用的陶瓷涂覆隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种作为锂离子电池用的陶瓷涂覆隔膜及其制备方法。本发明专利技术将商用的锂离子电池隔膜用陶瓷粉末经过碱溶液的水热反应处理后，与粘结剂以及溶剂混合，经过静电喷雾法喷涂到隔膜上。与涂覆之前相比，经过涂覆后的隔膜具有较好的耐热性、较高的机械强度以及高的吸液率。经过静电喷雾法喷涂后的陶瓷涂层均匀且致密，对于提高吸液率、耐热性和强度上有较大的贡献。

Ceramic coating separator used as lithium ion battery and preparation method thereof

The invention discloses a ceramic coating separator used as a lithium ion battery and a preparation method thereof. The ceramic powder of the lithium ion battery separator is processed by the hydrothermal reaction of the alkali solution, mixed with the binder and the solvent, and is sprayed on the diaphragm by electrostatic spraying. Compared with the prior coating, the coated membrane has better heat resistance, higher mechanical strength and higher liquid absorption rate. After electrostatic spraying, the ceramic coating is uniform and dense, which contributes greatly to the increase of absorbency, heat resistance and strength.

【技术实现步骤摘要】
一种作为锂离子电池用的陶瓷涂覆隔膜及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种作为锂离子电池用的陶瓷涂覆隔膜及其制备方法。
技术介绍
隔膜作为锂离子电池的重要部分，起着绝缘、阻隔正负极防止短路的作用，同时，要求隔膜具有良好的吸液性能，吸附电解液、传输锂离子。但是锂离子电池在使用过程中不嗑避免的会出现过充、高温、短路等极端情况，这些情况的出现，可能会使隔膜发生破坏，从而对电池造成不可逆的机械及热损伤，最终导致安全问题的产生。一般常用的隔膜主要为聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合隔膜。聚烯烃隔膜虽然有一定的机械强度和热稳定性能，以及在高温下会闭孔防止电池短路的能力，但是其机械强度和热性能依然达不到所需求的理想值。在长期循环中，电池会产生锂枝晶而刺穿隔膜，导致正负极短路，或者由于使用过程中的温度异常高而导致隔膜收缩严重产生的短路，最终都会导致电芯的安全问题。另外，普通聚烯烃隔膜的表面能较低，其分子链段为非极性，因此与极性电解液无法较好地相互作用，因此隔膜对电解液的浸润性较差，电芯阻抗增加，循环性能下降。目前，对隔膜的研究基本集中在陶瓷涂覆技术上。陶瓷涂覆是一种有效的办法，无机涂层具有较好的机械结构，能够一定程度上提升隔膜的机械强度、受热时减少隔膜的热收缩。同时也增加了隔膜的吸液性，并防止隔膜在高电压下发生氧化。一般的陶瓷粉末颗粒较大，在涂覆的时候无法充分均匀覆盖隔膜表面，且凹版涂覆精度一般较小。静电喷雾方法简单，可以较好地控制涂层均匀性和厚度。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种作为锂离子电池用的陶瓷涂覆隔膜及其制备方法，同时提供一种吸液率、热稳定性及机械强度较好的陶瓷涂覆隔膜。本专利技术的另一个目的是为了提供上述隔膜在锂离子电池中的应用。本专利技术作为锂离子电池用陶瓷涂覆隔膜，包括传统锂离子电池隔膜,以及附着在锂离子电池隔膜表面的复合陶瓷层(涂层厚度:1～5μm)制备的具体步骤如下:步骤(1)：将陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水配制成混合溶液并搅拌均匀，将搅拌均匀的溶液装入水热反应釜中，反应结束、冷却后，将溶液过滤并用去离子水洗涤，得到处理后的陶瓷粉末，并烘干待用；步骤(2)：将步骤(1)处理后的陶瓷粉末、粘结剂和溶剂按比例混合，其中处理后的陶瓷粉末与粘结剂的质量比为3～5：1，溶剂与溶质的质量比例为4：1，置于常温下机械搅拌6～10小时，得到均匀的陶瓷涂覆混合液；步骤(3)：用注射器吸取一定量陶瓷涂覆混合液，装入静电喷雾装置中，将外接电源夹住注射器针头，然后将锂离子电池隔膜平铺固定在接地的金属板上，调整工作电压为20KV、接收距离为10cm、流率为0.1ml/min，获得陶瓷涂覆的复合隔膜；将静电喷雾获得的复合隔膜在65～70℃下烘箱中干燥3～4小时，以彻底去除残留溶剂，使粘结剂、陶瓷粉末与隔膜结合牢固，获得锂离子电池陶瓷复合隔膜。优选的，所述步骤(1)中，陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水的质量比为1:1:16；水热反应温度为130℃，反应时间为30分钟；烘干温度为90℃。优选的，所述的粘结剂为聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯酸甲脂中的一种或多种。优选的，所述的陶瓷粉末为A12O3、TiO2、MgO、SiO2中的一种。所述的锂离子电池隔膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚酯膜、聚酰亚胺膜或者聚酰胺膜。所述的溶剂为N’N二甲基吡咯烷酮、N’N二甲基甲酰胺、丙酮、去离子水中的一种或多种。所述方法制备的陶瓷涂覆隔膜，其特征在于包括锂离子电池隔膜,以及附着在锂离子电池隔膜表面的复合陶瓷层。所述的复合陶瓷层的涂层厚度为1～5μm。本专利技术的有益效果如下：氢氧化钠溶液的水热处理，能适度地改变陶瓷晶格与(OH)间的键结合状态，在陶瓷表面吸附更多的(OH)键。静电喷雾法制备过程中，陶瓷浆料以液滴形式喷出，可以更好地与隔膜表面接触。同时较高的吸液率可以保证锂离子的快速传导，降低隔膜两端的电位差,实现大倍率下的充放电。无机陶瓷热稳定性和电化学稳定性强，可以提高了隔膜的耐热性和机械强度。附图说明图1为涂覆前后隔膜表面形貌图像；图2为本专利技术不同实施实例的电性能示意图。具体实施方式以下将对本专利技术的优选实施例进行详细的描述，由于本专利技术所述隔膜制备过程中涉及变量较多，此处仅列出其中几个实施实例以供参考。其中实施实例1～3为不同试验实例，实施例4为隔膜物理性能测试，实施例5为将实施例1～3所制备的隔膜组装成扣式电池，并在0.2C、0.5C、1C、3C和5C不同倍率下充放电，测试其容量发挥。实施实例1:步骤(1)：将氧化铝陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水以1:1:16配制成混合溶液并搅拌均匀。将搅拌均匀的溶液装入水热反应釜中，在130℃下反应30分钟。反应结束、冷却后，将溶液过滤并用去离子水洗涤，得到处理后的陶瓷粉末，并在90℃下烘干待用。步骤(2)：将氧化铝陶瓷粉末、聚偏氟乙烯粘结剂和N’N二甲基吡咯烷酮溶剂按比例混合(陶瓷与粘结剂质量比3:1，固体与溶剂质量比1:4)，置于常温下机械搅拌6～10小时，得到均匀的陶瓷涂覆混合液；步骤(3)：用注射器吸取一定量陶瓷涂覆混合液，装入静电喷雾装置中，将外接电源夹住注射器针头，然后将锂离子电池隔膜平铺固定在接地的金属板上。调整工作电压为20KV、接收距离为10cm、流率为0.1ml/min，获得陶瓷涂覆的复合隔膜。将静电喷雾获得的复合隔膜在65～70℃下烘箱中干燥3～4小时，以彻底去除残留溶剂，使粘结剂、陶瓷粉末与隔膜结合牢固，获得锂离子电池陶瓷复合隔膜。实施例2:步骤(1)：将氧化铝陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水以1:1:16配制成混合溶液并搅拌均匀。将搅拌均匀的溶液装入水热反应釜中，在130℃下反应30分钟。反应结束、冷却后，将溶液过滤并用去离子水洗涤，得到处理后的陶瓷粉末，并在90℃下烘干待用。步骤(2)：将氧化铝陶瓷粉末、聚偏氟乙烯粘结剂和N’N二甲基吡咯烷酮溶剂按比例混合(陶瓷与粘结剂质量比4:1，固体与溶剂质量比1:4)，置于常温下机械搅拌6～10小时，得到均匀的陶瓷涂覆混合液；步骤(3)：用注射器吸取一定量陶瓷涂覆混合液，装入静电喷雾装置中，将外接电源夹住注射器针头，然后将锂离子电池隔膜平铺固定在接地的金属板上。调整工作电压为20KV、接收距离为10cm、流率为0.1ml/min，获得陶瓷涂覆的复合隔膜。将静电喷雾获得的复合隔膜在65～70℃下烘箱中干燥3～4小时，以彻底去除残留溶剂，使粘结剂、陶瓷粉末与隔膜结合牢固，获得锂离子电池陶瓷复合隔膜。实施例3:步骤(1)：将氧化铝陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水以1:1:16配制成混合溶液并搅拌均匀。将搅拌均匀的溶液装入水热反应釜中，在130℃下反应30分钟。反应结束、冷却后，将溶液过滤并用去离子水洗涤，得到处理后的陶瓷粉末，并在90℃下烘干待用。步骤(2)：将氧化铝陶瓷粉末、聚偏氟乙烯粘结剂和N’N二甲基吡咯烷酮溶剂按比例混合(陶瓷与粘结剂质量比5:1，固体与溶剂质量比1:4)，置于常温下机械搅拌6～10小时，得到均匀的陶瓷涂覆混合液；步骤(3)：用注射器吸取一定量陶瓷涂覆混合液，装入静电喷雾装置中，将外接电源夹住注射器针头，然后将锂离子电池隔膜平铺固定在接地的金属板上。调整工作电压为20KV、接收距离为10cm、流率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种作为锂离子电池用的陶瓷涂覆隔膜的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤:步骤(1)：将陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水配制成混合溶液并搅拌均匀，将搅拌均匀的溶液装入水热反应釜中，反应结束、冷却后，将溶液过滤并用去离子水洗涤，得到处理后的陶瓷粉末，并烘干待用；步骤(2)：将步骤(1)处理后的陶瓷粉末、粘结剂和溶剂按比例混合，其中处理后的陶瓷粉末与粘结剂的质量比为3～5：1，溶剂与溶质的质量比例为4：1，置于常温下机械搅拌6～10小时，得到均匀的陶瓷涂覆混合液；步骤(3)：用注射器吸取一定量陶瓷涂覆混合液，装入静电喷雾装置中，将外接电源夹住注射器针头，然后将锂离子电池隔膜平铺固定在接地的金属板上，调整工作电压为20KV、接收距离为10cm、流率为0.1ml/min，获得陶瓷涂覆的复合隔膜；将静电喷雾获得的复合隔膜在65～70℃下烘箱中干燥3～4小时，以彻底去除残留溶剂，使粘结剂、陶瓷粉末与隔膜结合牢固，获得锂离子电池陶瓷复合隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种作为锂离子电池用的陶瓷涂覆隔膜的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤:步骤(1)：将陶瓷粉末、氢氧化钠、去离子水配制成混合溶液并搅拌均匀，将搅拌均匀的溶液装入水热反应釜中，反应结束、冷却后，将溶液过滤并用去离子水洗涤，得到处理后的陶瓷粉末，并烘干待用；步骤(2)：将步骤(1)处理后的陶瓷粉末、粘结剂和溶剂按比例混合，其中处理后的陶瓷粉末与粘结剂的质量比为3～5：1，溶剂与溶质的质量比例为4：1，置于常温下机械搅拌6～10小时，得到均匀的陶瓷涂覆混合液；步骤(3)：用注射器吸取一定量陶瓷涂覆混合液，装入静电喷雾装置中，将外接电源夹住注射器针头，然后将锂离子电池隔膜平铺固定在接地的金属板上，调整工作电压为20KV、接收距离为10cm、流率为0.1ml/min，获得陶瓷涂覆的复合隔膜；将静电喷雾获得的复合隔膜在65～70℃下烘箱中干燥3～4小时，以彻底去除残留溶剂，使粘结剂、陶瓷粉末与隔膜结合牢固，获得锂离子电池陶瓷复合隔膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋勤虚，李小平，郭锋，周雷军，蔡若愚，
申请(专利权)人：浙江南都电源动力股份有限公司，杭州南都动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33