一种多功能吸附涂层及使用这种涂层的隔膜制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能吸附涂层及使用这种涂层的隔膜，发明专利技术中涉及一种使用吸附材料制备的功能涂层，涂层中的吸附材料主要为金属盐或金属盐与其他无机金属氧化物的混合物，所选金属盐的BET比表面积高于15m2/g。吸附材料与溶剂、粘结剂、分散剂混合，制备涂覆浆料，涂覆在隔膜表面形成具备吸附功能的涂层。表面涂覆吸附涂层的隔膜装配电池后，对于化成后电池在搁置或使用过程中副反应产生的有机气体和无机气体，以及三元正极材料溶出的无机金属离子进行吸附，具备一定程度抑制电池臌胀及性能衰减的作用。

A multifunctional adsorption coating and separator using such a coating

The invention discloses a multifunctional adsorption coating and a diaphragm using the coating. The invention relates to a functional coating prepared by using an adsorption material. The adsorption material in the coating is mainly a mixture of metal salt or metal salt with other inorganic metal oxides. The BET specific surface area of the selected metal salt is higher than 15m2/g. Adsorptive material is mixed with solvent, binder and dispersant to prepare coating slurry, which is coated on the diaphragm surface to form a coating with adsorption function. After assembling the battery with the diaphragm coated with adsorption coating, the organic and inorganic gases produced by the side reactions during shelving or using of the battery and the inorganic metal ions dissolved from the ternary cathode materials are adsorbed, which can restrain the bulging and performance degradation of the battery to a certain extent.

【技术实现步骤摘要】
一种多功能吸附涂层及使用这种涂层的隔膜
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种多功能吸附涂层及使用这种涂层的隔膜。
技术介绍
锂离子电池具有较高能量密度，尤其是动力电池。保证电池安全性，是电池生产和应用中的关键。锂离子电池化成封装后，在搁置及使用过程中的产气及金属离子溶出沉积问题，是影响电池安全和性能的主要因素之一。电解液自身及干燥后电芯所含的微量水分，在电池搁置和使用过程中逐渐释放发生副反应，水分与电解质六氟磷酸锂反应生成的HF不但会腐蚀铝箔，还会催化电池中副反应的发生，引发电池产气，消耗锂离子，影响电池安全和性能。由于对电池能量密度要求提高，高镍三元材料电池产量逐年增加。高电压下三元材料金属离子溶出问题一直存在，而镍含量的提高会增加金属离子的溶出，溶出的金属离子在负极沉积，影响SEI膜的稳定性，引发电池产气及性能衰减。因此开发抑制电池产生的有害气体和溶出金属离子进一步反应的多功能吸附涂层和涂覆这种涂层的隔膜在提高电池安全性和适用性，及促进锂电池发展方面具有重要意义。
技术实现思路
为弥补现有技术的不足和使用的局限性，本专利技术提供一种多功能吸附涂层及使用这种涂层的隔膜，本专利技术中创新处在于吸附材料的选用，吸附材料中的金属盐主要为一定比例的钛酸钡和磷酸铝，钛酸钡和磷酸铝对副反应产生的HF能进行有效吸附。磷酸铝对三元材料中溶出的金属离子，尤其是镍离子有较好的吸附能力；钛酸钡对副反应产生的二氧化碳具有良好的吸附性。此外，遴选的钛酸钡和磷酸铝均有较高的比表面积(要求比表面积大于15m2/g)，对副反应产生的有机气体也有一定的容纳和吸附能力。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种在电池隔膜基材上形成的多功能吸附涂层，包括功能性无机粒子，所述功能性无机粒子包括对气体和/或金属离子具有吸附功能的金属盐。进一步的，功能性无机粒子还包括无机金属氧化物。进一步的，金属盐的BET比表面积高于15m2/g。进一步的，金属盐为钛酸钡和磷酸铝的混合物，所述钛酸钡和磷酸铝的质量比为1～9:1。更进一步的，金属盐与无机金属氧化物的质量比为2.3～9:1。更进一步的，无机金属氧化物粒径D90小于200nm；无机金属氧化物为氧化镁、氧化锆、氧化钛、氧化铝、勃姆石中的一种或任意两种或两种以上以任意比例的混合物。进一步的，电池隔膜基材的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、纤维素、PET塑料、聚偏氟乙烯、芳纶、氨纶中的任意一种。一种电池隔膜，其表面涂覆有如上所述的多功能吸附涂层，涂层厚度为2～4μm。如上所述的电池隔膜的制备方法，包括将含有功能性无机粒子的溶剂及与其相匹配的粘结剂组成的浆料以微凹版涂布的方式涂覆在电池隔膜基材表面并干燥。进一步的，上述浆料还包括分散剂。进一步的，针对水/油不同体系，将与溶剂体系相匹配的粘结剂与一定比例混合的金属盐或金属盐与无机金属氧化物的混合物加入所需溶剂中，经高速搅拌后制成浆料。合适的粘结剂保证涂层在隔膜表面具有良好的附着力，不会脱落失效。浆料固含量可设计为20-45％。本专利技术所取得的技术效果有：1)在电池隔膜上形成包含对气体和/或金属离子具有吸附功能的金属盐的涂层，可以有效吸附并抑制电池产生的HF、CO2等有害气体，而且可以和溶出的金属离子发生进一步反应，减少溶出的金属离子在负极的沉积，进而降低SEI膜的稳定性，保证电池长时间的安全使用。2)以一定比例混合的具有较高比表面积的钛酸钡和磷酸铝作为金属盐可以增大涂层对不同电池的适用范围，增加对有害气体和溶出离子的容纳和吸附能力，还可以保证涂层的热稳定性。3)进一步添加合适粒径的无机金属氧化物，一方面可以增加吸附能力，另一方面与钛酸钡、磷酸铝等金属盐发生协同作用，保证电池隔膜良好的化学稳定性、锂离子透过性，热稳定性和机械强度。4)专利技术制得的电池隔膜装配电池后，对于化成后电池在搁置或使用过程中副反应产生的有机气体和无机气体，以及三元正极材料溶出的无机金属离子进行吸附，具备一定程度抑制电池臌胀及性能衰减的作用，还具有较好的吸液性，可以保证电池长时间的安全有效使用。具体实施方式本专利技术下面结合实施例作进一步详述：实施例1：金属盐(钛酸钡和磷酸铝质量比1:1)45.25g，其中钛酸钡的BET比表面积为16m2/g，磷酸铝的BET比表面积为20m2/g，分散剂为2％羧甲基纤维素钠溶液37.5g，粘结剂丁苯橡胶乳液(固含量50％)8g，34.25g去离子水为溶剂，设计固含量40％，混合后制备涂覆浆料。通过微凹版涂布方式将浆料涂覆在PP基材表面，干燥后形成多功能吸附涂层和涂覆隔膜，涂层厚度4μm。实施例2金属盐(钛酸钡和磷酸铝质量比1:1)45.25g，其中钛酸钡的BET比表面积为16m2/g，磷酸铝的BET比表面积为20m2/g，分散剂为2％羧甲基纤维素钠溶液37.5g，粘结剂丙烯酸酯乳液(固含量50％)8g，34.25g去离子水为溶剂，设计固含量40％，混合后制备涂覆浆料。通过微凹版涂布方式将浆料涂覆在PE基材表面，干燥后形成多功能吸附涂层和涂覆隔膜，涂层厚度4μm。实施例3金属盐(钛酸钡和磷酸铝质量比1:1)31.675g，其中钛酸钡的BET比表面积为16m2/g，磷酸铝的BET比表面积为20m2/g，纳米氧化锆13.575g，纳米氧化锆的粒径D90小于200nm且平均粒径为50nm，分散剂为2％羧甲基纤维素钠溶液37.5g，粘结剂丁苯橡胶乳液(固含量50％)8g，52.1g去离子水为溶剂，设计固含量35％，混合后制备涂覆浆料。通过微凹版涂布方式将浆料涂覆在PP基材表面，干燥后形成多功能吸附涂层和涂覆隔膜，涂层厚度3μm。实施例4金属盐(钛酸钡和磷酸铝质量比1:1)31.675g，其中钛酸钡的BET比表面积为16m2/g，磷酸铝的BET比表面积为20m2/g，纳米氧化钛13.575g，纳米氧化钛的粒径D90小于200nm且平均粒径为50nm，分散剂为2％羧甲基纤维素钠溶液37.5g，粘结剂丙烯酸酯乳液(固含量50％)8g，75.9g去离子水为溶剂，设计固含量30％，混合后制备涂覆浆料。通过微凹版涂布方式将浆料涂覆在PE基材表面，干燥后形成多功能吸附涂层和涂覆隔膜，涂层厚度2μm。实施例5金属盐(钛酸钡和磷酸铝质量比1:1)46g，其中钛酸钡的BET比表面积为16m2/g，磷酸铝的BET比表面积为20m2/g，粘结剂为聚偏氟乙烯粉4g，92.8g氮甲基吡咯烷酮溶剂，设计固含量35％，混合后制备涂覆浆料。通过微凹版涂布方式将浆料涂覆在PP基材表面，干燥后形成多功能吸附涂层和涂覆隔膜，涂层厚度3μm。实施例6金属盐(钛酸钡和磷酸铝质量比1:1)36.8g，其中钛酸钡的BET比表面积为16m2/g，磷酸铝的BET比表面积为20m2/g，纳米氧化镁9.2g，纳米氧化镁的粒径D90小于200nm且平均粒径为50nm，粘结剂为聚偏氟乙烯粉4g，92.8g氮甲基吡咯烷酮溶剂，设计固含量35％，混合后制备涂覆浆料。通过微凹版涂布方式将浆料涂覆在PE基材表面，干燥后形成多功能吸附涂层和涂覆隔膜，涂层厚度3μm。实施例7金属盐(钛酸钡和磷酸铝质量比9:1)36.8g，其中钛酸钡的BET比表面积为16m2/g，磷酸铝的BET比表面积为20m2/g，纳米氧化镁9.2g，纳米氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能吸附涂层，其特征在于：所述涂层在电池隔膜基材上形成，所述涂层包括功能性无机粒子，所述功能性无机粒子包括对气体和/或金属离子具有吸附功能的金属盐。

【技术特征摘要】
1.一种多功能吸附涂层，其特征在于：所述涂层在电池隔膜基材上形成，所述涂层包括功能性无机粒子，所述功能性无机粒子包括对气体和/或金属离子具有吸附功能的金属盐。2.根据权利要求1所述的多功能吸附涂层，其特征在于，所述功能性无机粒子还包括无机金属氧化物。3.根据权利要求1或2所述的多功能吸附涂层，其特征在于，所述金属盐的BET比表面积高于15m2/g。4.根据权利要求1或2所述的多功能吸附涂层，其特征在于，所述金属盐为钛酸钡和磷酸铝的混合物，所述钛酸钡和磷酸铝的质量比为1～9:1。5.根据权利要求2所述的多功能吸附涂层，其特征在于，所述金属盐与无机金属氧化物的质量比为2.3～9:1。6.根据权利要求2所述的多功能吸附涂层，其特征在于，所述无机金属氧化物粒径D90...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾海，王海文，怀永建，宋文锋，
申请(专利权)人：中航锂电技术研究院有限公司，中航锂电洛阳有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32