陶瓷隔膜及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷隔膜及其制备方法和锂离子电池，其中，该方法包括：(1)将陶瓷粉末与含亚氨二乙酸钠结构的聚合物混合，以便得到混合粉料；(2)将粘结剂与有机溶剂混合，以便得到胶液；(3)将所述混合粉料与所述胶液混合，以便得到浆料；(4)将所述浆料施加在基膜的至少一部分上，以便得到陶瓷隔膜。该方法可以制备得到透气率高和热稳定性好的陶瓷隔膜，并且该陶瓷隔膜可以捕捉Mn

Ceramic Diaphragm and Its Preparation Method and Lithium Ion Battery

The invention discloses a ceramic diaphragm, a preparation method and a lithium ion battery. The method comprises: (1) mixing ceramic powder with polymer containing sodium ammonia diacetate structure to obtain mixed powder; (2) mixing binder with organic solvent to obtain glue; (3) mixing the mixed powder with the glue to obtain slurry; (4) applying the slurry. A ceramic diaphragm is obtained by adding at least a portion of the base membrane. The ceramic diaphragm with high permeability and good thermal stability can be prepared by this method, and the ceramic diaphragm can capture Mn.

【技术实现步骤摘要】
陶瓷隔膜及其制备方法和锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池领域，特别涉及一种陶瓷隔膜及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点，具有很好的经济效益、社会效益和战略意义，成为目前最受瞩目的绿色化学电源。在锂离子电池中，隔膜主要起到防止正负极接触并允许离子传导的作用，是电池重要的组成部分。目前，商品化的锂离子电池中采用的主要是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)的单层或多层膜。由于聚合物本身的特点，虽然聚烯烃隔膜在常温下可以提供足够的机械强度和化学稳定性，但在高温条件下则表现出较大的热收缩，从而导致正负极接触并迅速积聚大量热，尽管诸如PP/PE复合隔膜可以在较低温度(120℃)首先发生PE熔化阻塞聚合物中的微孔，阻断离子传导而PP仍起到支撑的作用防止电极反应的进一步发生，但是由于PP的熔解温度也仅有150℃，当温度迅速上升，超过PP的熔解温度时，隔膜熔解会造成大面积短路并引发热失控，加剧热量积累，产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。电池内部短路是锂离子电池安全性的最大隐患。为了满足大容量锂离子电池发展的需要，开发高安全性隔膜已成为行业的当务之急。在这其中，陶瓷隔膜优异的耐温性和高安全性使其成为取代传统聚烯烃隔膜的主要选择之一。同时，随着锂离子电池比能量的提升，正极材料开始普遍采用三元材料、锰酸锂作为正极，三元材料存在一个很大的问题是过渡金属元素的溶解问题，特别是Mn元素溶解后，会迁移到负极表面上，造成负极SEI膜破坏和再生长，引起电池内阻的上升，电池性能下降，在高温下这一现象将更加明显。因此，现有的锂离子电池有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种陶瓷隔膜及其制备方法和锂离子电池，该方法可以制备得到透气率高和热稳定性好的陶瓷隔膜，并且该陶瓷隔膜可以捕捉Mn2+离子，将其用于锂离子电池可以有效减少锰元素溶解后沉积在负极上，从而提高锂离子电池的安全性能以及循环性能。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备陶瓷隔膜的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：(1)将陶瓷粉末与含亚氨二乙酸钠结构的聚合物混合，以便得到混合粉料；(2)将粘结剂与有机溶剂混合，以便得到胶液；(3)将所述混合粉料与所述胶液混合，以便得到浆料；(4)将所述浆料施加在基膜的至少一部分上，以便得到陶瓷隔膜。根据本专利技术实施例的制备陶瓷隔膜的方法通过将陶瓷粉末与含亚氨二乙酸钠结构的聚合物混合得到混合粉料，其中，陶瓷粉末具有优异的分散性、导热性和阻燃性能以及硬度低和比重轻的优势，含亚氨二乙酸钠结构的聚合物具有不溶于水和有机溶剂的以及捕捉锰离子特性，从而使得混合粉料与胶液混合得到的浆料具有较高的稳定性，并且含亚氨二乙酸钠结构的聚合物在浆料中均匀分散，进而使得浆料在基膜上形成的陶瓷隔膜具有优异的热稳定性，并且该涂料只需一次施加，在降低生产成本的同时提高隔膜的透气率，特别的将其用于锂离子电池可以有效减少锰元素溶解后沉积在负极上，从而提高锂离子电池的安全性能以及循环性能。另外，根据本专利技术上述实施例的制备陶瓷隔膜的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述陶瓷粉末的粒径为0.8～20微米。由此，可以显著提高陶瓷隔膜的热稳定性。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述陶瓷粉末为选自SiO2、A12O3、CaO、TiO2、ZnO2、MgO、ZrO2和SnO2中的至少之一，优选α-A12O3。由此，可以显著提高陶瓷隔膜的热稳定性。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述含亚氨二乙酸钠结构的聚合物的粒径为0.01～15微米。由此，可以显著提高陶瓷隔膜的热稳定性。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述陶瓷粉末与所述含亚氨二乙酸钠结构的聚合物的质量比为(40～99.9)：(0.1～60)，优选(45～90)：(10～55)，更优选(50～80)：(20～50)。由此，可以显著提高陶瓷隔膜的热稳定性和透气率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述含亚氨二乙酸钠结构的聚合物的分子量为3000～100000，优选5000～80000，更优选15000～60000，最优选25000～50000。由此，可以显著提高隔膜的捕捉锰元素性能。任选的，在步骤(1)中，所述含亚氨二乙酸钠结构的聚合物为含亚氨二乙酸钠结构的苯乙烯基树脂。由此，可以显著提高隔膜的捕捉锰元素性能。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)，所述有机溶剂为选自NMP和DMF中的至少之一，优选NMP。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述粘结剂为选自PVDF、SBR和丙烯酸树脂中的至少之一，优选PVDF。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述粘结剂与所述有机溶剂的质量比为(0.2～10)：(90～99.8)，优选(1～9)：(91～99)，更优选(3～6)：(94～97)。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，将所述粘结剂与所述有机溶剂在真空环境下于30～50摄氏度温度调节下进行搅拌混合。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述混合粉料与所述胶液的质量比为(10～60)：(90～40)。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，将所述混合粉料与所述胶液在真空环境下于30～50摄氏度温度调节下进行搅拌混合。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述基膜为PP膜、PE膜或PP-PE复合膜。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述基膜的厚度为3～16微米。由此，可以保证隔膜的热稳定性和透气率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述浆料的施加厚度为0.5～10微米。由此，可以保证隔膜的热稳定性和透气率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，将所述浆料形成在所述基膜的一侧表面或两侧表面。在本专利技术的一些实施例中，所述陶瓷隔膜的面密度为0.15～12g/m2。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种陶瓷隔膜。根据本专利技术的实施例，所述陶瓷隔膜采用上述所述的方法制备得到。由此，该陶瓷隔膜不仅具有优异的透气率和热稳定性，而且可以捕捉Mn2+离子，将其用于锂离子电池可以有效减少锰元素溶解后沉积在负极上，从而提高锂离子电池的安全性能以及循环性能。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种锂离子电池。根据本专利技术的实施例，所述锂离子电池具有上述所述的陶瓷隔膜。由此，通过在锂离子电池内使用上述具有优异热稳定性和透气率且可捕捉Mn2+离子的陶瓷隔膜，使得该锂离子电池具有优异的安全性能以及循环性能。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备陶瓷隔膜的方法流程示意图；图2是实施例1得到的陶瓷隔膜制成的EDS样品的EDS图谱；图3是实施例4得到的陶瓷隔膜制成的EDS样品的EDS图谱；图4是对比例得到的陶瓷隔膜制成的EDS样品的EDS图谱。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备陶瓷隔膜的方法，其特征在于，包括：(1)将陶瓷粉末与含亚氨二乙酸钠结构的聚合物混合，得到混合粉料；(2)将粘结剂与有机溶剂混合，得到胶液；(3)将所述混合粉料与所述胶液混合，得到浆料；(4)将所述浆料施加在基膜的至少一部分上，得到陶瓷隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种制备陶瓷隔膜的方法，其特征在于，包括：(1)将陶瓷粉末与含亚氨二乙酸钠结构的聚合物混合，得到混合粉料；(2)将粘结剂与有机溶剂混合，得到胶液；(3)将所述混合粉料与所述胶液混合，得到浆料；(4)将所述浆料施加在基膜的至少一部分上，得到陶瓷隔膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述陶瓷粉末的粒径为0.8～20微米；任选的，在步骤(1)中，所述陶瓷粉末为选自SiO2、A12O3、CaO、TiO2、ZnO2、MgO、ZrO2和SnO2中的至少之一，优选α-A12O3；任选的，在步骤(1)中，所述含亚氨二乙酸钠结构的聚合物的粒径为0.01～15微米；任选的，在步骤(1)中，所述陶瓷粉末与所述含亚氨二乙酸钠结构的聚合物的质量比为(40～99.9)：(0.1～60)，优选(45～90)：(10～55)，更优选(50～80)：(20～50)；任选的，在步骤(1)中，所述含亚氨二乙酸钠结构的聚合物的分子量为3000～100000，优选5000～80000，更优选15000～60000，最优选25000～50000；任选的，在步骤(1)中，所述含亚氨二乙酸钠结构的聚合物为含亚氨二乙酸钠结构的苯乙烯基树脂。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)，所述有机溶剂为选自NMP和DMF中的至少之一，优选NMP；任选的，在步骤(2)中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春林，吕豪杰，杨重科，张金涛，
申请(专利权)人：深圳鸿鹏新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44