一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜及其制备方法技术

一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜，属于电池隔膜的技术领域，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括水性PVDF粉末10‑15％，丙烯酸胶黏剂3‑6％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂0.2‑0.5％，琼胶素0.04‑0.06％，邻苯二甲酸二酯0.04‑0.08％，三羟甲基丙烷三丙酸酯0.04‑0.08％，CMC溶液0.5‑2％，余量为去离子水。本申请还提供了该水性PVDF涂布锂离子电池隔膜的制备方法。水性PVDF涂布电池隔膜既具备陶瓷涂覆隔膜对电池带来的较高的安全性，同时又能够耐高温，减小高温条件下隔膜的收缩率，增加电池的整体寿命，本发明专利技术中的制备方法为水性PVDF涂布锂离子电池隔膜制备提供了较为成熟高效的工艺，操作时自动化程度较高，隔膜的生产效率明显提高。

【技术实现步骤摘要】
一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜及其制备方法
本专利技术属于电池隔膜的
，涉及锂离子电池的电池隔膜，具体涉及一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜及其制备方法。
技术介绍
电池隔膜在锂电池中的基本作用为隔开正负极，并且吸附电解液允许锂离子通过。3C产品包括计算机(Computer)、通信(Communication)和消费类电子产品(ConsumerElectronics)，是锂电池应用的主要领域，对于3C产品的锂电池，仅使用PP隔膜和PE隔膜，其性能就能得到较好的满足。但是随着电动汽车的不断发展，锂电池的性能必须进一步提升才能满足电动汽车的要求，比如在安全性、充放电性能、循环性能及倍率性等方面，电动汽车用锂电池就比3C产品用锂电池有更加严格的要求。目前在提高锂电池隔膜性能方面的发展研究以改善隔膜表面性质和调整隔膜基体材料为主。在改善隔膜表面性质方面主要的研究方向是隔膜涂布处理就是在隔膜表面涂覆一层陶瓷材料，就目前情况来看陶瓷涂布隔膜是提高锂电池安全性的最有效方式，隔膜涂布陶瓷后可有效地提高隔膜的耐热收缩性、安全性、热稳定性以及改善隔膜的机械强度，从而延长隔膜的使用寿命。就目前来说陶瓷涂布隔膜的耐高温性以及耐热收缩率及强度在一定温度条件下不能够满足要求，如何选择个制备一种隔膜的方式进而使锂电池隔膜耐热稳定性和耐热收缩率得到较大的提高，提升市场竞争力是目前丞待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中涂布隔膜的耐高温性以及耐热收缩率及强度在一定温度条件下不能够满足要求的问题，提供了一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜及其制备方法，该电池隔膜的耐高温性和耐高温收缩率性能较好，安全性大大提高，适用于电动汽车用锂电池中，涉及的制备方法省时省力，生产效率较高，产品的质量高且稳定性较好。本专利技术为实现其目的采用的技术方案是：一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括水性PVDF粉末10-15％，丙烯酸胶黏剂3-6％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂0.2-0.5％，琼胶素0.04-0.06％，邻苯二甲酸二酯0.04-0.08％，三羟甲基丙烷三丙酸酯0.04-0.08％，CMC溶液0.5-2％，余量为去离子水。所述的基膜为PP隔膜、PE隔膜、无纺布或者纤维。所述的涂覆浆料由下述方法配置：A、在水中加入氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂高速分散10-15min，控制转速2000-5000r/min，得到混合溶液，然后向其中加入水性PVDF粉末，经过砂磨机高速研磨，控制转速1000-3000r/min，将水性PVDF粉末分散均匀，形成PVDF分散液；B、向PVDF分散液中加入丙烯酸胶黏剂，高速分散10-15min，控制转速2000-5000r/min；然后向其中加入CMC溶液，将溶液粘度调节至50-70Mpa.s，然后加入琼胶素、邻苯二甲酸二酯、三羟甲基丙烷三丙酸酯，高速分散30-40min，控制转速2000-5000r/min，配置成固含量10％-20％的水性PVDF涂布浆料。步骤A中水性PVDF粉末的加入量为混合溶液质量的10-15％。所述的氟碳表面活性剂选自烷基醚乳糖、全氟烷基醚醇胺盐、全氟烷基醚季铵盐、全氟烷基醚羧酸钾中的一种或两种以上组合，纤维素醚类分散剂选自纤维素烷基醚、纤维素羟烷基醚、聚氧乙烯烷基酚醚中的一种或两种以上组合。所述的水性PVDF涂布锂离子电池隔膜的制备方法，该制备方法借助涂覆装置来实施，涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴、涂胶辊、加热烘干机构和收卷轴，基膜放卷轴上缠绕有基膜，基膜一端伸出基膜放卷轴并卷绕在收卷轴上，涂胶辊表面设置有涂覆浆料，利用上述结构的涂覆装置来进行水性PVDF涂布锂离子电池隔膜的制备，包括以下步骤：A、基膜放卷：通过基膜放卷轴释放基膜，基膜向收卷轴方向移动，基膜放卷轴对基膜的放卷张力为4-20N；B、基膜涂布：通过涂胶辊在基膜的一侧或两侧进行涂胶，形成涂布隔膜；C、烘烤定型：将上述B得到的涂布隔膜进入加热烘干机构，输送经过加热烘干机构的时间为0.4min-1.2min，涂布隔膜在加热干燥机构中的张力保持在3-15N，隔膜干燥定型，得到水性PVDF涂布隔膜成品；D、成品收卷：通过收卷轴对水性PVDF涂布隔膜成品进行收卷，收卷的张力为5-18N。所述的步骤C中，加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱，三个烘箱布置为竖向的拐角形状，水性PVDF涂布隔膜依次经过三个烘箱进行干燥定型，三个烘箱的温度依次设定为50-60℃、60-70℃以及50-60℃，三个烘箱中均设置有进风风机和排风风机，三个烘箱中的进、排风频率设定为12-25HZ。所述的步骤A中，基膜放卷轴和涂胶辊之间依次设置有张力检测辊、张紧辊、转向辊。在涂胶辊和烘干机构之间设置有匀化辊。所述的步骤D中，所述的加热烘干机构和收卷轴之间还增设有展平辊，展平辊将加热后的水性PVDF涂布隔膜成品进行展平，经过展平后的水性PVDF涂布隔膜成品通过收卷轴进行收卷。本专利技术的有益效果是：水性PVDF涂布电池隔膜既具备陶瓷涂覆隔膜对电池带来的较高的安全性，同时又能够耐高温，减小高温条件下隔膜的收缩率，增加电池的整体寿命，本专利技术中的制备方法为水性PVDF涂布锂离子电池隔膜制备提供了较为成熟高效的工艺，其中的涂覆装置结构简单、成本较低，操作时自动化程度较高，隔膜的生产效率明显提高，能够为电池加工稳定持续地提供隔膜原材料，最后加工得到的PVDF涂布隔膜成品的品质较高且性能较为稳定，尤其是应用在电动汽车所用锂离子电池中，在电动汽车工作过程中，隔膜能够耐受较高温度，隔膜收缩率较之现有陶瓷涂覆隔膜有显著降低，使得电池整体寿命显著延长，安全性大大提高，电动车的使用便利性、安全性和稳定性也随之提高。本专利技术涂覆浆料配方的改变相较于现有的涂覆浆料综合性能较好，且可针对性的对涂层膜耐热性、强度、韧性、透气、水含量、稳定性能等做改善；本专利技术涂覆浆料配方比例的控制，使得涂覆后形成的涂覆隔膜性能更好，例如丙烯酸胶黏剂的作用除了是提高涂覆浆料与基膜的粘结性，通过比例的控制减小对隔膜透气性的不良影响；氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂的作用不仅是为了将各原料均匀的进行分散，提高涂层的均匀分散性和厚度均匀性，同时其比例的控制，还可以提高产品的稳定性。本专利技术涂覆浆料通过各原料功能上的相互支撑，及比例间的相互制约和搭配，对隔膜产品的耐热性能及强度有较大影响，对电池的安全性能如耐热性能及耐锂枝晶穿透能力有很大的改善。附图说明图1是本专利技术中涂覆装置的结构示意图。附图中，1、基膜放卷轴，2、涂胶辊，3、张力检测辊，4、张紧辊，5、转向辊，6、匀化辊，7、展平辊，8、收卷轴。具体实施方式本专利技术的PVDF涂布隔膜用于智能手机，平板电脑的小型锂离子电池。作用是粘接电极和隔膜，增加循环寿命和电池安全性；用于动力汽车，储能等大型锂离子电池。作用是在隔膜表面粘接一层纳米陶瓷粉末，减少隔膜的收缩，增加锂电池的高温安全性。PVDF隔膜涂覆粘接隔膜和极片，使得极片硬度变高，电池更薄更结实，方便加工和运输；PVDF隔膜涂覆的电池在高温下存储性能明显优于一般电池；PVDF隔膜涂覆的电池在外部电路短路实验中，温度升高比一般电池低20-40本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，其特征在于，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括水性PVDF粉末10‑15％，丙烯酸胶黏剂8‑12％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂0.05‑0.1％，琼胶素0.04‑0.06％，邻苯二甲酸二酯0.04‑0.08％，三羟甲基丙烷三丙酸酯0.04‑0.08％，CMC溶液0.5‑2％，余量为去离子水。

【技术特征摘要】
1.一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜，包括一侧或者两侧膜面粘附有涂覆浆料的基膜，其特征在于，所述涂覆浆料按质量百分比计，包括水性PVDF粉末10-15％，丙烯酸胶黏剂8-12％，氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂0.05-0.1％，琼胶素0.04-0.06％，邻苯二甲酸二酯0.04-0.08％，三羟甲基丙烷三丙酸酯0.04-0.08％，CMC溶液0.5-2％，余量为去离子水。2.根据权利要求1所述的一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜，其特征在于，所述的基膜为PP隔膜、PE隔膜、无纺布或者纤维。3.根据权利要求1所述的一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜，其特征在于，所述涂覆浆料由下述方法配置：A、在水中加入氟碳表面活性剂和纤维素醚类分散剂高速分散10-15min，控制转速2000-5000r/min，得到混合溶液，然后向其中加入水性PVDF粉末，经过砂磨机高速研磨，控制转速1000-3000r/min，将水性PVDF粉末分散均匀，形成PVDF分散液；B、向PVDF分散液中加入丙烯酸胶黏剂，高速分散10-15min，控制转速2000-5000r/min；然后向其中加入CMC溶液，将溶液粘度调节至50-70Mpa.s，然后加入琼胶素、邻苯二甲酸二酯、三羟甲基丙烷三丙酸酯，高速分散30-40min，控制转速2000-5000r/min，配置成涂覆浆料。4.根据权利要求3所述的一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜，其特征在于，步骤A中水性PVDF粉末的加入量为混合溶液质量的10-15％。5.根据权利要求1所述的一种水性PVDF涂布锂离子电池隔膜，其特征在于，所述的氟碳表面活性剂选自烷基醚乳糖、全氟烷基醚醇胺盐、全氟烷基醚季铵盐、全氟烷基醚羧酸钾中的一种或两种以上组合，纤维素醚类分散剂选自纤维素烷基醚、纤维素羟烷基醚、聚氧乙烯烷基酚醚中的一种或两种以上组合。6.如权利要求1所述的水性PVDF涂布锂离子电池隔膜的制备方法，该制备方法借助涂覆装置来实施，涂覆装置包括依次设置的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐锋，袁海朝，邓云飞，马文献，
申请(专利权)人：河北金力新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13