一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料及其制备方法和应用，其通过将高纯水、全氟烷基类分散剂、叔丁基过氧化氢和丙酮混合均匀后，持续通入偏氟乙烯和六氟丙烯气体，得到水性PVDF乳液；将陶瓷材料和第一分散剂分散于去离子水中，再加入增稠剂和粘接剂、水性PVDF乳液和润湿剂，混合均匀后得到浆料。将本发明专利技术所制备的水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料涂覆在聚乙烯隔膜，得到湿膜；干燥得到水性陶瓷/PVDF混合涂覆隔膜。本发明专利技术旨在显著提高陶瓷/PVDF共混浆料的分散均匀性，提高陶瓷/PVDF混合涂覆隔膜涂层的均匀性，结合陶瓷材料和PVDF材料的特性，显著提升锂离子电池隔膜的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电池隔膜材料
，具体来说，涉及一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池隔膜主要分为单层微孔膜，复合膜，共混膜和无纺布膜。涂覆隔膜属于复合膜中的一种。目前市场上三元电池与湿法涂覆隔膜配套使用，随着三元电池市场占比持续提升，湿法涂覆隔膜需求也会持续增长。涂覆隔膜主要分为无机陶瓷涂覆和聚合物涂覆，涂覆层结构和性质根据原材料和工艺的不同会产生很大的变化，进而影响电池的性能。电池性能包括化学性质，如抗氧化性、粘接性、电解液润湿性等，是由涂覆材料自身的性质决定的；涂层结构，如微孔形貌、孔隙率、一致性等，是由涂覆工艺过程决定的；热稳定性、水分、电解液保持率等，这些性质既与原材料性质有关，又与涂覆工艺过程有关。根据不同电池的要求，可通过改变原材料和工艺过程灵活设计不同性能的产品。陶瓷颗粒涂覆隔膜以PE或PP膜为基体，表面涂覆一层Al2O3、SiO2、Mg(OH)2或其他耐热性优良的无机物陶瓷颗粒。陶瓷涂覆的主要工艺为：将去离子水、陶瓷材料、分散剂、粘接剂、浆料调节剂(增稠剂、表面活性剂等)搅拌均匀，得到涂覆用的浆料。在涂布机上涂布、烘干后得到涂覆隔膜。涂布方式、车间环境温湿度和烘箱温度等因素对产品性能有一定影响。陶瓷涂覆隔膜的优点如下：1、提高隔膜热稳定性，陶瓷涂覆隔膜在高温下的收缩较小，可避免膜收缩造成内部短路，使电池安全性能显著提升；2、其次是提高隔膜对电解液的润湿性，有利于电池内阻降低、放电功率提升；3、再有是可阻止或降低隔膜氧化，有利于配合高电压正极的使用及延长电池的循环寿命。PVDF即聚偏氟乙烯，是一种白色粉末状半结晶性聚合物，熔点170℃，热分解温度316℃以上，具有优良的耐化学腐蚀性、耐氧化性、柔韧性以及很高的抗涨强度和耐冲击性强度。PVDF涂覆隔膜具有低内阻、力学性能好、化学与电化学稳定性好等特点。PVDF在电解液中发生溶胀后能够提供一定的导离子性。PVDF由于自身的连接性，可以把正负极材料连接在一起，极大缩短了锂离子在正负极材料之间的传输距离，正是这种粘接性能，拆解电池后，就像一块砖一样，极大的提升了我们电池组装过程中的装配效率。如果说没有这种连接层，在电池组装过程中发生一定的隔膜错位后需要后续再调整，但PVDF涂覆的隔膜则减少了这方面的工作。由于它缩短了正负极离子的传输距离，使电池具有一系列优良的性能，如循环性能，同时，由于与正负极紧紧贴合，也赋予了电池一定的安全性。目前，越来越多的电芯厂家在其电池设计过程中选择PVDF涂覆膜，特别是高端储能电池、汽车动力电池。混涂是近年来发展的新涂覆工艺，该工艺主要是将PVDF和陶瓷材料配制成均匀的浆料后再进行涂覆。采用混涂工艺能够结合陶瓷涂覆和PVDF涂覆的优点，能够显著提高隔膜的综合性能。然而，PVDF属于憎水高分子材料，陶瓷为亲水性材料，两者很难在同一个体系中分散。常规技术即使能够将涂覆材料分散，也很难将其分散均匀，导致混涂隔膜的涂层颗粒分散不均匀，不均匀的涂层会导致电池在充放电过程中产生不均匀的局部电流密度，使电极材料的结构在循环过程中更容易破坏，从而大大缩短了锂离子电池的循环寿命。
技术实现思路
针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料及其制备方法，和采用该浆料的涂覆隔膜及其制备方法，旨在显著提高陶瓷/PVDF共混浆料的分散均匀性，提高陶瓷/PVDF混合涂覆隔膜涂层的均匀性，结合陶瓷材料和PVDF材料的特性，显著提升锂离子电池隔膜的综合性能。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料的制备方法，具体过程如下：1)将高纯水、全氟烷基类分散剂、叔丁基过氧化氢和丙酮于氮气气氛中搅拌混合均匀后，加热下持续通入偏氟乙烯单体和六氟丙烯单体气体，控制反应压力，反应完成后过滤、洗涤，调节固含量得到水性PVDF乳液；2)将陶瓷材料和第一分散剂分散于去离子水中，再加入增稠剂和粘接剂分散后，边搅拌边加入步骤1)所得水性PVDF乳液和润湿剂，混合均匀后得到水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料。进一步地，步骤1)中，所述高纯水、全氟烷基类分散剂、叔丁基过氧化氢、丙酮、偏氟乙烯单体和六氟丙烯单体的配比，按质量份数计，为150～200∶0.5～1∶0.3～0.9∶0.8～1.7∶60∶40。进一步地，步骤1)中，所述搅拌混合均匀的转速为70rpm/min，搅拌时间为1～5h。进一步地，步骤1)中，所述加热温度为60～100℃。进一步地，步骤1)中，控制反应压力通过调节气体流量实现，控制压力在1.5～4.0Mpa，反应时间在8～15h。进一步地，步骤1)中，所述洗涤采用去离子水洗涤，次数为3～5次。进一步地，步骤1)中，所述调节固含量是指使用去离子水配制质量分数为20％的水性PVDF聚合物乳液。进一步地，步骤2)中，所述陶瓷材料、第一分散剂、去离子水、增稠剂、粘接剂、步骤1)所得水性PVDF乳液和润湿剂的的配比，按质量份数计，为10～30∶0.01～2∶45∶0.1～0.5∶7～15∶10～40∶0.05～0.5。进一步地，步骤2)中所述陶瓷材料和第一分散剂分散于去离子水中搅拌时间为0.5～8h。进一步地，步骤2)中所述增稠剂和粘接剂分散的搅拌时间为2～10h。进一步地，步骤2)中所述步骤1)所得水性PVDF乳液和润湿剂加入后的搅拌时间为3～9h。进一步地，所述全氟烷基类分散剂包括全氟烷基乙基丙烯酸酯、全氟辛酸铵、全氟庚酸、全氟十二烷基磺酸钠中的一种或多种。进一步地，所述陶瓷材料包括氧化铝、勃姆石、二氧化硅、氢氧化镁、二氧化钛中的一种或多种。进一步地，所述第一分散剂包括马来酸酐-醋酸乙烯酯、苯乙烯-马来酸酐、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾中的一种或多种。进一步地，所述增稠剂包括羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、海藻酸钠中的一种或多种。进一步地，所述粘接剂包括丁苯乳胶、苯丙乳胶、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氨酯中的一种或多种。进一步地，所述润湿剂为氟代烷基甲氧基醚醇、氟代烷基乙氧基醚醇、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚中的一种或多种。另一方面，本专利技术提供一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆隔膜的制备方法，具体过程如下：A)将本专利技术所制备的水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料涂覆在聚乙烯隔膜，得到湿膜；B)将所得湿膜干燥得到水性陶瓷/PVDF混合涂覆隔膜。进一步地，所述步骤A)中湿膜的厚度为3～50μm。进一步地，所述步骤B)中干燥的条件如下：温度为30～50℃，相对湿度为0.1～10％，干燥时间为10～30min。另一方面，本专利技术提供一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料，其通过本专利技术所述的方法制备得到。另一方面，本专利技术提供一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆隔膜，其通过本专利技术所述的方法制备得到。另一方面，本专利技术提供一种锂离子电池，包括正极材料和负极材料，在正极材料和负极材料间具有上述水性陶瓷/PVDF混合涂覆隔膜。本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料及其制备方法和应用，具有如下优势：制备的水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料时，优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料的制备方法，其特征在于，具体过程如下：1）将高纯水、全氟烷基类分散剂、叔丁基过氧化氢和丙酮于氮气气氛中搅拌混合均匀后，加热下持续通入偏氟乙烯单体和六氟丙烯单体气体，控制反应压力，反应完成后过滤、洗涤，调节固含量得到水性PVDF乳液；2）将陶瓷材料和第一分散剂分散于去离子水中，再加入增稠剂和粘接剂分散后，边搅拌边加入步骤1）所得水性PVDF乳液和润湿剂，混合均匀后得到水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料。

【技术特征摘要】
1.一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料的制备方法，其特征在于，具体过程如下：1）将高纯水、全氟烷基类分散剂、叔丁基过氧化氢和丙酮于氮气气氛中搅拌混合均匀后，加热下持续通入偏氟乙烯单体和六氟丙烯单体气体，控制反应压力，反应完成后过滤、洗涤，调节固含量得到水性PVDF乳液；2）将陶瓷材料和第一分散剂分散于去离子水中，再加入增稠剂和粘接剂分散后，边搅拌边加入步骤1）所得水性PVDF乳液和润湿剂，混合均匀后得到水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料。2.根据权利要求1所述的水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述高纯水、全氟烷基类分散剂、叔丁基过氧化氢、丙酮、偏氟乙烯单体和六氟丙烯单体的配比，按质量份数计，为150~200:0.5~1:0.3~0.9:0.8~1.7:60:40；所述搅拌混合均匀的转速为70rpm/min，搅拌时间为1~5h；所述加热温度为60~100℃；所述控制反应压力通过调节气体流量实现，控制压力在1.5~4.0Mpa，反应时间在8~15h；所述洗涤采用去离子水洗涤，次数为3~5次；所述调节固含量是指使用去离子水配制质量分数为20%的水性PVDF聚合物乳液。3.根据权利要求1所述的水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述陶瓷材料、第一分散剂、去离子水、增稠剂、粘接剂、步骤1）所得水性PVDF乳液和润湿剂的的配比，按质量份数计，为10~30:0.01~2:45:0.1~0.5:7~15:10~40:0.05~0.5；所述陶瓷材料和第一分散剂分散于去离子水中搅拌时间为0.5~8h；所述增稠剂和粘接剂分散的搅拌时间为2~10h；所述步骤1）所得水性PVDF乳液和润湿剂加入后的搅拌时间为3~9h。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴秀锋，钟海燕，张杨，肖欢，张鹏，孙先维，雷建清，蔡滔，罗建，
申请(专利权)人：湖南烁普新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43