一种电池用隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电池用隔膜及其制备方法，所述隔膜包括基膜，所述基膜的一侧依次设置第一陶瓷涂层和第一聚合物涂层；所述基膜的另一侧依次设置第二陶瓷涂层和第二聚合物涂层；或者所述基膜的另一侧仅设置第二聚合物涂层，所述第一聚合物涂层和第二聚合物涂层的覆盖面积占所述基膜总面积的百分比为10％～50％。本发明专利技术采用非全覆盖涂布聚合物涂层，相比于现有技术中的全覆盖涂布聚合物涂层，本发明专利技术采用非全覆盖涂布可以降低隔膜堵孔的风险，提高材料的循环稳定性。同时本发明专利技术将水性陶瓷涂料和聚合物涂料依次涂覆完毕后再进行烘烤，通过使用同类型粘结剂，消除了水性陶瓷涂层和聚合物涂层之间的涂层界面，能够得到涂层间粘结性更强的产品。

A separator for batteries and its preparation method

The invention relates to a battery separator and a preparation method thereof. The separator comprises a base film, one side of which is successively provided with a first ceramic coating and a first polymer coating; the other side of the base film is successively provided with a second ceramic coating and a second polymer coating; or the other side of the base film is only provided with a second polymer coating, the first polymer coating and the second polymer coating. The coverage area of the coating accounted for 10%-50% of the total area of the base film. The invention adopts a non-fully covered coating polymer coating. Compared with the fully covered coating polymer coating in the prior art, the non-fully covered coating can reduce the risk of diaphragm blocking and improve the cyclic stability of the material. At the same time, the waterborne ceramic coatings and polymer coatings are coated successively and then baked. By using the same type of binder, the coating interface between the waterborne ceramic coatings and the polymer coatings is eliminated, and the products with stronger adhesion between the coatings can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种电池用隔膜及其制备方法
本专利技术属于电池隔膜领域，具体涉及一种电池用隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池广泛应用于电子通讯、储能及动力电源等领域，主要由正极、负极、电解质和电池隔膜构成，尽管隔膜并不参与电池中的电化学反应，但却是锂离子电池中关键的内层组件。电池的容量、循环性能和充放电电流密度等关键性能都与隔膜有着直接的关系，隔膜性能的改善对提高锂离子电池的综合性能起着重要作用。锂离子电池的安全性是业内一直关注的重点，而隔膜的安全性是其中的重中之重，这就要求隔膜具有优异的力学性能、较低闭孔温度和在较高的温度下保持形状的能力。现在大规模商用化的锂电池隔膜主用采用聚丙烯和聚乙烯材质，随着人们对锂电池性能要求越来越高，单纯这两种材质的隔膜热安全性和保持电解液的能力难以满足要求。CN106549128A公开一种非全覆盖式涂覆隔膜的制备方法，步骤是：向去离子水中加入粘结剂，混合搅拌至完全溶解，加入陶瓷粉料，研磨1～5h，然后加入润湿剂，继续研磨0.5～2h，得到水性陶瓷浆料；向去离子水中加入粘结剂，混合搅拌至完全溶解，然后加入聚合物粉末，混合均匀得到水性聚合物浆料；将水性陶瓷浆料涂布于聚烯烃微孔膜一侧或双侧得到水性陶瓷层，涂布速度10～80m/min，经过30～80℃烘箱烘干，采用微凹版涂布方式将水性聚合物浆料涂布在水性陶瓷层外表面得到面积一定的孔洞的保护胶层，得到非全覆盖式涂覆隔膜。所述方法得到的电池隔膜吸湿保液性能较好，但其制备工艺复杂需要进行两次涂布过程，效率较低，且水性陶瓷层和保护胶层之间的机械强度较低，电化学性能较差。CN104157819A公开了一种陶瓷和凝胶聚合物多层复合的锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：(1)配置水性PVDF浆料和水性陶瓷浆料；(2)聚丙烯隔膜和聚乙烯隔膜复合，将一层聚丙烯隔膜和一层聚乙烯隔膜在50～100℃下热复合，得到PP/PE复合隔膜；(3)涂布，以步骤(2)中得到PP/PE复合隔膜作为涂布基材，将步骤(1)中制备水性浆料涂布在基材的PE面上，先涂布水性陶瓷浆料形成陶瓷层后再涂布水性PVDF浆料形成凝胶聚合物层，涂布速率为5～100m/min，经过30～100℃烘箱烘干，得到最终四层复合隔膜。所述方法制备得到的隔膜保持电解液的能力强，但所述隔膜在电池充放电过程中易发生堵孔，会减少电池循环寿命。CN105552277B公开了一种PVDF涂覆锂离子电池隔膜及其制备方法，所述PVDF涂覆锂离子电池隔膜由基膜和涂布于基膜单侧或双侧的涂层构成，所述涂层由浆料经涂布、烘干后获得，所述涂层厚度为0.1～0.5μm，涂层中包含排列均匀的PVDF球状颗粒。所述电池隔膜提升了卷芯的硬度和电池的有效利用空间，但所述隔膜在电池充放电过程中易发生堵孔，会减少电池循环寿命。因此，本领域需要开发一种电池用隔膜，使其具有较高的安全性能和电化学性能，且制备过程简单，可工业化生产。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种电池用隔膜，所述隔膜包括基膜，所述基膜的一侧依次设置第一陶瓷涂层和第一聚合物涂层；所述基膜的另一侧依次设置第二陶瓷涂层和第二聚合物涂层；或者所述基膜的另一侧仅设置第二聚合物涂层。本专利技术在基膜外依次设计陶瓷涂层和聚合物涂层，陶瓷层可以起到降低隔膜热收缩率和提升隔膜机械强度的作用，进而减少电池热失控导致的隔膜收缩、熔融、及锂枝晶刺破隔膜造成的电池短路问题。聚合物涂层一方面提高了极片的吸液性和保液性；另一方面能够粘结极片和隔膜，限制卷芯的形变，从而起到消除卷芯内部褶皱和抑制负极膨胀的作用。本专利技术所述电池用隔膜相有效的提升了基膜的透气性，且具有良好的机械性能。优选地，所述第一聚合物涂层和第二聚合物涂层的覆盖面积占所述基膜总面积的百分比为10％～50％，例如20％、30％、40％等。本专利技术聚合物涂层的覆盖面积占所述基膜总面积的百分比小于10％时，聚合物涂层的吸液性和保液性较低，粘附性能较差，聚合物涂层的覆盖面积占所述基膜总面积的百分比大于50％时，在电化学反应过程中隔膜易发生堵孔。优选地，所述第一聚合物涂层的面密度为0.2～1g/m2，例如0.3g/m2、0.5g/m2、0.7g/m2等。优选地，所述第二聚合物涂层的面密度为0.2～1g/m2，例如0.3g/m2、0.5g/m2、0.7g/m2等。优选地，所述基膜包括PP膜和/或PE膜。优选地，所述基膜的厚度为5～20μm，例如6μm、7μm、10μm、13μm、15μm、18μm等。优选地，所述第一聚合物涂层和第二聚合物涂层的原料组成按质量百分数计，包括以下组分：优选地，所述PVDF及其共聚物的质量百分数为10wt％～50wt％，例如20wt％、30wt％、40wt％等。优选地，所述粘结剂的质量百分数为1wt％～10wt％，例如2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％等。优选地，所述分散剂的质量百分数为0.1wt％～5wt％，例如0.2wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％等。优选地，所述润湿剂的质量百分数为0.1wt％～1wt％，例如0.2wt％、0.3wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.9wt％等。优选地，所述PVDF及其共聚物包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟乙烯中的任意一种或至少两种的组合，例如聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯等。优选地，所述第一陶瓷涂层和第二陶瓷涂层的原料组成按质量百分数计，包括以下组分：优选地，所述陶瓷粉的质量百分数为20wt％～50wt％，例如20wt％、30wt％、40wt％等。优选地，所述粘结剂的质量百分数为1wt％～10wt％，例如2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％等。优选地，所述分散剂的质量百分数为0.1wt％～5wt％，例如0.2wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％等。优选地，所述润湿剂的质量百分数为0.1wt％～1wt％，例如0.2wt％、0.3wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.9wt％等。优选地，所述陶瓷粉包括氧化铝、勃姆石、氧化锌、氧化锆、氧化镁、氢氧化镁或氧化钛中的任意一种或至少两种的组合，例如氧化铝、勃姆石、氧化锌等。优选地，所述陶瓷粉的粒径为0.2～4μm，例如0.6μm、1μm、2μm、3μm、3.5μm等。优选地，所述第一陶瓷涂层的厚度为0.5～4μm，例如0.6μm、1μm、2μm、3μm、4μm等。优选地，所述第二陶瓷涂层的厚度为0.5～4μm，例如0.6μm、1μm、2μm、3μm、4μm等。优选地，所述粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯聚合物、丁苯乳胶、羧甲基纤维素钠和聚乙酸乙烯酯中的任意一种或至少两种的组合，例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯聚合物等。优选地，所述分散剂包括磷酸三乙酯、聚乙二醇、月桂酸酯和聚丙烯酸氨中的任意一种或至少两种的组合，例如磷酸三乙酯、聚乙二醇、月桂酸酯等。优选地，所述润湿剂包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池用隔膜，其特征在于，所述隔膜包括基膜，所述基膜的一侧依次设置第一陶瓷涂层和第一聚合物涂层；所述基膜的另一侧依次设置第二陶瓷涂层和第二聚合物涂层；或者所述基膜的另一侧仅设置第二聚合物涂层。

【技术特征摘要】
1.一种电池用隔膜，其特征在于，所述隔膜包括基膜，所述基膜的一侧依次设置第一陶瓷涂层和第一聚合物涂层；所述基膜的另一侧依次设置第二陶瓷涂层和第二聚合物涂层；或者所述基膜的另一侧仅设置第二聚合物涂层。2.如权利要求1所述的电池用隔膜，其特征在于，所述第一聚合物涂层和第二聚合物涂层的覆盖面积占所述基膜总面积的百分比为10％～50％；优选地，所述第一聚合物涂层的面密度为0.2～1g/m2；优选地，所述第二聚合物涂层的面密度为0.2～1g/m2；优选地，所述基膜包括PP膜和/或PE膜；优选地，所述基膜的厚度为5～20μm。3.如权利要求1或2所述的电池用隔膜，其特征在于，所述第一聚合物涂层和第二聚合物涂层的原料组成按质量百分数计，包括以下组分：优选地，所述PVDF及其共聚物包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟乙烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第一陶瓷涂层和第二陶瓷涂层的原料组成按质量百分数计，包括以下组分：优选地，所述陶瓷粉包括氧化铝、勃姆石、氧化锌、氧化锆、氧化镁、氢氧化镁或氧化钛中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述陶瓷粉的粒径为0.2～4μm；优选地，所述第一陶瓷涂层的厚度为0.5～4μm；优选地，所述第二陶瓷涂层的厚度为0.5～4μm；优选地，所述粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯聚合物、丁苯乳胶、羧甲基纤维素钠和聚乙酸乙烯酯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述分散剂包括磷酸三乙酯、聚乙二醇、月桂酸酯和聚丙烯酸氨中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述润湿剂包括十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、丁基萘磺酸钠和聚醚硅氧烷共聚物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述溶剂为去离子水。4.一种如权利要求1-3之一所述电池用隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)制备陶瓷浆料和聚合物浆料；(2)在基膜的至少一侧涂布陶瓷浆料后直接在两侧喷涂所述聚合物浆料，烘干后制得电池用隔膜。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述陶瓷浆料的制备过程包括：按前述陶瓷涂层原料的配方量，在溶剂中加入陶瓷粉和分散剂，搅拌1～5h混合均匀，然后加入粘结剂，搅拌1～5h混合均匀，最后加入润湿剂，搅拌0.5～5h混合均匀，得到陶瓷浆料；优选地，所述聚合物浆料的制备过程包括：按前述聚合物涂层原料的配方量，在溶剂中加入PVDF及其共聚物和分散剂，搅拌1～5h混合均匀，然后加入粘结剂，搅拌1～5h混合均匀，最后加入润湿剂，搅拌0.5～5h混合均匀，得到陶瓷浆料；优选地，所述搅拌的速率为500～2000r/min；优选地，步骤(2)所述陶瓷浆料的涂布方式为网纹涂布；优选地，所述聚合物浆料的喷涂方式包括空气喷涂、旋转喷涂和无气喷涂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述每一侧聚合物浆料的涂布面密度为0.2～1g/m2；优选地，所述聚合物浆料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜倩荣，杨师，郭红祥，王磊，吕正中，刘金成，
申请(专利权)人：湖北金泉新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42