一种电池隔膜及其制备方法和电池技术

本发明专利技术提供了一种电池隔膜及其制备方法和电池，该电池隔膜包括基体及位于基体表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括硅烷偶联剂修饰的无机颗粒及粘结剂；所述硅烷偶联剂含有碳碳双键、羟基或者羧基中的一种或多种，通过具有羟基、羧基或碳碳双键的硅烷偶联剂对无机颗粒进行修饰，使无机颗粒表面具有能交联的官能团，能够相互交联形成网络结构，提高了陶瓷涂层的结合力，提高了电池的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种电池隔膜及其制备方法和电池
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种电池隔膜及其制备方法和电池。
技术介绍
电池隔膜作为锂离子电池的重要组成部分，主要起着传导锂离子和防止正、负极接触的作用，现有商业化的隔膜主要有常规的PE(聚乙烯)、PP（聚丙烯）、或PP/PE/PP隔膜，但随着电池应用越来越广泛，对其性能要求越来越高，普通的隔膜渐渐不能满足要求。现有改进的有具有聚合物涂层的聚合物隔膜，例如PVDF-HFP/Polyolefinseparator（聚烯烃基膜）/PVDF-HFP隔膜，具有三层结构，上下两层为PVDF-HFP((聚偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物)的聚合物孔状涂层，中间层为聚烯烃类例如PE、PP、或PP/PE/PP的基膜，PVDF-HFP聚合物孔状涂层是用相反转法在聚烯烃基膜上通过涂覆、成孔、去除有机溶剂等工艺而制得的，其孔结构为蜂窝状，孔径一般从几十个纳米到几十个微米。也有具有陶瓷无机涂层的聚合物隔膜，例如Ceramiccoating/Polyolefinseparator/Ceramiccoating隔膜，具有三层结构，上下两层为陶瓷孔状涂层，中间层为聚烯烃类基膜，陶瓷孔状涂层是在聚烯烃基膜上涂覆含陶瓷、粘结剂的浆料而成，粘结剂通常为PVDF(聚偏氟乙烯)类粘结剂、PAN（聚丙烯腈）类粘结剂或聚丙烯酸酯类粘结剂等，含量一般低于10wt%，涂层中的孔结构一般为无规则的小孔，孔径一般为几纳米到几十纳米。由于陶瓷涂层具有出色的热稳定性，因此可以大大增加聚烯烃类隔膜在高温下的热稳定性。但因陶瓷涂层大部分为无机颗粒，而隔膜又需有离子通道，需要好的透气性，则陶瓷颗粒不易累积密集，例如制成低密度高孔隙率的陶瓷涂层，可以大大增加陶瓷隔膜的透气性，但却降低了陶瓷隔膜的耐高温性，现有的陶瓷隔膜易在160oC以下发生明显的热收缩而影响电池安全性能。有通过硅氨烷、硅烷偶联剂、硅油、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等表面改性剂对无机陶瓷颗粒进行表面疏水化处理，后除去表面改性剂，以减少电池隔膜带入电池中的水分，但其并未解决上述问题。也有陶瓷隔膜采用无机粘结剂，例如，通常也称作硅烷偶联剂、经由脱水或脱醇反应等使无机氧化物与有机化合物化学结合的3-缩水甘油基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷等具有有机官能团的硅化合物与二氧化硅、氧化锆等无机氧化物溶胶的混合物等，但其粘结强度弱、成本高，难以满足应用要求。现有陶瓷涂层涂覆的聚烯烃基膜对电池的安全性能改性有限，随着技术的发展，也渐渐不能满足要求。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中的陶瓷隔膜不能满足电池安全要求的技术问题，提供一种安全性能更高的电池隔膜及其制备方法和电池。本专利技术的一个目的在于提供一种电池隔膜，该电池隔膜包括基体及位于基体表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括硅烷偶联剂修饰的无机颗粒及粘结剂；所述硅烷偶联剂含有碳碳双键、羟基或者羧基中的一种或多种。本专利技术的第二个目的在于提供一种电池隔膜的制备方法，其步骤包括：将硅烷偶联剂与无机颗粒混合得硅烷偶联剂修饰的无机颗粒，将硅烷偶联剂修饰的无机颗粒与粘结剂混合得浆料，将浆料附着于基体的表面，干燥得电池隔膜；所述硅烷偶联剂含有碳碳双键、羟基或者羧基中的一种或几种。本专利技术的第三个目的在于提供一种电池，该电池包括上述电池隔膜。本专利技术的有益效果：本专利技术通过具有羟基、羧基或碳碳双键的硅烷偶联剂对无机颗粒进行修饰，使无机颗粒表面具有能交联的官能团，能够相互交联形成网络结构，提高了陶瓷涂层的结合力，同时，也进一步提高了陶瓷涂层与基膜的结合力，提高产品热性能，进而提高隔膜安全性。特别是能够制备厚度面密度高的陶瓷涂层，单位厚度面密度能达到2.5g/(m2·μm)，且陶瓷涂层的透气性也不受影响，即既保证了离子的通透性，也保证了耐高温性，同时陶瓷涂层的厚度低，还不影响电池的能量密度。附图说明图1是本专利技术实施例1所得样品S1的扫描电子显微镜(SEM)图片，放大倍数为2000倍。图2是本专利技术实施例6所得样品S6的SEM图片，放大倍数为2000倍。图3是本专利技术对比例1所得样品D1的SEM图片，放大倍数为10000倍。图4是本专利技术对比例2所得样品D2的SEM图片，放大倍数为10000倍。图5是本专利技术对比例5所得样品D5的SEM图片，放大倍数为10000倍。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种电池隔膜，该电池隔膜包括基体及位于基体表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括硅烷偶联剂修饰的无机颗粒及粘结剂；所述硅烷偶联剂含有碳碳双键、羟基或者羧基中的一种或多种，进一步提高了电池的安全性能。本专利技术通过具有羟基、羧基或碳碳双键的硅烷偶联剂对无机颗粒进行修饰，使无机颗粒表面具有能交联的官能团，能够相互交联形成网络结构，提高了陶瓷涂层的结合力，提高了电池的安全性。优选，硅烷偶联剂与粘结剂交联；所述粘结剂包括选自丙烯酸酯、丙烯酸羟甲酯、羟甲基丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酰胺、氧化乙烯和偏二氟乙烯中的一种或多种与丙烯酸羟甲酯和/或羟甲基丙烯酰胺的共聚物，本专利技术的硅烷偶联剂能与这些特殊的粘结剂发生相互作用，交联形成网络结构，进一步提高陶瓷涂层的结合力，提高了陶瓷涂层的涂覆量、负载量、厚度面密度，提高了陶瓷隔膜的抗热收缩性能，提高了隔膜的安全性能。优选，硅烷偶联剂与无机颗粒的质量比为0.1-5：100，通过少量的硅烷偶联剂对无机颗粒进行表面改性，从而使无机颗粒能均匀分布于网络结构中，并能结合紧密，且与基体结合力强，陶瓷涂层的厚度面密度高，透气性好，提高了隔膜的安全性能。所述硅烷偶联剂修饰的无机颗粒与粘结剂的质量比为100:0.1-100:10，能与粘结剂形成更优的网络结构，提高电池的安全性能。优选，硅烷偶联剂选自3-丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、双(2-羟乙基)-3-氨基丙基-甲氧基硅烷、N-羟甲基-N-甲胺-丙基三甲氧基硅烷、羟甲基三乙氧基硅烷、三乙氧基甲硅烷基甲醇、N-(3-乙氧基丙基甲硅烷基)-4-羟基丁酰胺、N-(3-乙氧基丙基甲硅烷基)-葡萄糖酰胺、2,2-双(3-乙氧基丙基甲硅烷基-甲基)-丁醇、2-羧基乙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。选用特殊的具有特殊官能团的硅烷偶联剂能自身及与粘结剂很好的相互作用，形成的陶瓷涂层结合力强，厚度面密度高，透气性好。优选，无机颗粒为勃姆石。其分子式是AlOOH，相比氧化铝等陶瓷颗粒，其密度较小，在相同涂覆量的情况下，可以实现较高的覆盖面积、较好的透气性，同时，其表面具有较多羟基等官能团，容易进行修饰、改性，与本专利技术选用的硅烷偶联剂具有较好的相互作用，更易实现高的厚度面密度，好的透气性，提高隔膜的安全性能。优选，陶瓷涂层的单位厚度面密度为1.5-2.8g/(m2·μm)；进一步优选，陶瓷涂层的单位厚度面密度为2.5-2.8g/(m2·μm)，本专利技术的单位厚度面密度是指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜包括基体及位于基体表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括硅烷偶联剂修饰的无机颗粒及粘结剂；所述硅烷偶联剂含有碳碳双键、羟基或者羧基中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜包括基体及位于基体表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括硅烷偶联剂修饰的无机颗粒及粘结剂；所述硅烷偶联剂含有碳碳双键、羟基或者羧基中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂与粘结剂交联；所述粘结剂包括选自丙烯酸酯、丙烯酸羟甲酯、羟甲基丙烯酰胺、丙烯腈、丙烯酰胺、氧化乙烯和偏二氟乙烯中的一种或多种与丙烯酸羟甲酯和/或羟甲基丙烯酰胺的共聚物。3.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂与无机颗粒的质量比为0.1-5：100；所述硅烷偶联剂修饰的无机颗粒与粘结剂的质量比为100：0.1-10。4.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自3-丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、双(2-羟乙基)-3-氨基丙基-甲氧基硅烷、N-羟甲基-N-甲胺-丙基三甲氧基硅烷、羟甲基三乙氧基硅烷、三乙氧基甲硅烷基甲醇、N-(3-乙氧基丙基甲硅烷基)-4-羟基丁酰胺、N-(3-乙氧基丙基甲硅烷基)-葡萄糖酰胺、2,2-双(3-乙氧基丙基甲硅烷基-甲基)-丁醇、2-羧基乙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述无机颗粒为勃姆石。6.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述陶瓷涂层的单位厚度面密度为1.5-2.8g/(m2·μm)。7.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述陶瓷涂层的厚度为1-10μm。8.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述陶瓷涂层中还含有分散剂和/或增稠剂。9.根据权利要求8所述的电池隔膜，其特征在于，所述陶瓷涂层中还含有聚丙烯酸盐-丙烯酸甲酯、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：高磊，刘荣华，吴金祥，单军，
申请(专利权)人：深圳市比亚迪锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44