一种聚合物涂层隔膜及其制备方法技术

本申请公开了一种聚合物涂层隔膜及其制备方法。本申请的聚合物涂层隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的聚合物涂层，其中，聚合物涂层为极性高分子材料包裹的聚合物微球以点状分布的形式非全覆盖的均匀分散粘附在基膜的表面形成的涂层。本申请的聚合物涂层隔膜，采用极性高分子材料包裹的聚合物微球形成点状分布于基膜表面形成非全覆盖的涂层，最大程度的减小了基膜因涂层造成的微孔堵塞，可以保持隔膜透气性下降较小的情况下提升水性聚合物涂层的粘接性能。

A polymer coated membrane and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物涂层隔膜及其制备方法
本申请涉及电池隔膜领域，特别是涉及一种聚合物涂层隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有较大的能量密度、大电流放电能力强、额定电压高、循环寿命长等优点，循环寿命在浅充放模式下可以达到3000～5000次。在数码产品、电动自行车、电动摩托、电动汽车、电力储能、通信储能等多个行业及领域得到广泛应用。自20世纪90年代锂离子电池商业化以来，由于其具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应和循环寿命长等特点而被广泛用作各种移动设备的电源。随着锂离子电池的大规模的应用，其安全问题也日益凸显。隔膜在锂离子电池中的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响着电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高锂离子电池的综合性能具有重要的作用。目前，锂离子电池主要分为液态锂离子电池和凝胶聚合物锂离子电池。液态锂离子电池主要是靠正极、负极及隔膜三个部件吸收电解液的方式储存，电流越大需要的电解液越多，一般液态锂离子电池中会存在无法被吸收的游离电解液，游离态的电解液会在重力影响下分布不均匀从而影响电池反应的循环性及一致性，同时若电池破损易发生电解液泄露而引发安全事故。为了改善液态锂离子电池的性能，研究人员在普通聚烯烃隔膜上涂上一层聚合物材料后与正负极材料组装成凝胶聚合物锂离子电池，由于电解液均匀分布，且不存在游离态的电解液，凝胶聚合物锂离子电池的循环一致性和安全性优于普通液态锂离子电池。但是聚合物涂覆隔膜需要使用有机溶剂，不仅成本高、效率低、工序复杂、污染环境、影响操作人员身体健康，而且在制备过程中由于有机溶剂容易挥发，聚合物涂覆隔膜批次均一性难以稳定，并且会导致隔膜的透气性能大幅下降。针对使用有机溶剂的油性聚合物涂覆的缺陷和不足，已经有研究报道以水作为溶剂，替换有机溶剂的水性聚合物涂覆隔膜。水性聚合物涂覆虽然解决了油性聚合物涂覆大量使用有机溶剂的缺陷；但是，水性聚合物涂覆的粘接性大幅下降，如果通过增加粘结剂在水性聚合物涂覆配方中的比例在避免粘接性大幅下降的问题，则会导致隔膜的透气性能大幅下降，进而影响隔膜的电性能。因此，如何在提高水性聚合物涂覆的粘接性的同时避免隔膜的透气性能大幅下降，是水性聚合物涂覆亟需解决的关键问题。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的聚合物涂层隔膜及其制备方法。为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：本申请的一方面公开了一种聚合物涂层隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的水性聚合物涂层，该水性聚合物涂层为极性高分子材料包裹的聚合物微球以点状分布的形式非全覆盖的均匀分散粘附在基膜的表面形成的涂层。其中，水性聚合物涂层是指由水性聚合物涂覆浆料涂布形成的涂层。需要说明的是，本申请的点状分布形式的非全覆盖涂层，类似于点状涂布，在基膜的表面形成一个个的点状的涂层，所不同的是，本申请的涂层是按照正常的涂覆方式形成的，以聚合物微球为点形成的涂层。本申请的点状分布是一个个不连续的独立点，可以是一个大微球一个点，或者是多个稍微小一点的微球组合成一个点，原则上各点之间是相互隔开的，即各点之间的基膜表面是裸露的；但是，在实际生产中很难完全实现各点相互独立，因此，不排除由于分散不均匀导致的局部点之间有覆盖基膜的粘结剂涂层。可以理解，本申请的关键在于采用极性高分子材料包裹的聚合物微球进行涂布，利用极性差异使涂覆浆料在干粘过程中，粘结剂更容易吸附在有极性表面的聚合物微球上，从而形成本申请的点状分布的涂层，至于聚合物微球、极性高分子材料和基膜的具体材质可以参考现有技术；但是，为了获得更好的隔膜效果，本申请的优选方案中对聚合物微球、极性高分子材料和基膜的材料都分别进行了限定，详见以下技术方案。还需要说明的是，本申请采用极性高分子材料包裹聚合物微球，使得聚合物微球表面以及基膜表面的极性差异变大，在涂覆浆料干粘过程中，粘结剂更容易吸附到有极性表面的聚合物微球上，形成本申请的聚合物微球以点状分布的涂层，从而提高了聚合物微球与极片的粘接性，保证了锂电池使用过程中的性能。本申请的聚合物涂层隔膜，采用聚合物微球点状分布的涂层，使得涂层对基膜造成的孔堵塞最小化，从而使聚合物涂层隔膜相对于基膜的Gurley值增加很小；可以在保持隔膜透气性下降不大的情况下，大幅提升聚合物微球涂层的粘接性能。优选的，极性高分子材料为羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、海藻酸钠和聚乙烯醇中的至少一种。优选的，聚合物微球的粒径为基膜微孔孔径的20～500倍。需要说明的是，本申请的关键在于采用极性高分子材料包裹的聚合物微球，至于聚合物微球的粒径，原则上聚合物微球的粒径越大，所形成的点状涂层中各点的间隔越大，相应的对基膜的Gurley值增加越小；但是，聚合物微球越大，稳定性也相应受到影响。因此，具体的聚合物微球粒径可以根据产品设计需求而定，在此不作具体限定。优选的，本申请的基膜为聚烯烃微孔膜，聚烯烃微孔膜的孔径为20nm～100nm，厚度为5-40μm。优选的，聚烯烃微孔膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜或者两者层叠组成的两层或多层复合膜。可以理解，聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜是本领域常规使用的聚烯烃微孔膜，在一些特殊使用情况下，不排除还可以采用其它的聚烯烃微孔膜，或者还可以采用其它材质的微孔膜，在此不作具体限定。本申请的另一面公开了一种用于制备本申请的聚合物涂层隔膜的水性聚合物涂覆浆料，该水性聚合物涂覆浆料包括重量份10-40的组合物和60-90的去离子水，组合物包括重量份75-99.6的聚合物微球、0.1-10的水性粘结剂、0.1-5的极性高分子材料和0.1-5的润湿剂。可以理解，其中，组合物和去离子水的重量份配比直接影响水性聚合物涂覆浆料的粘度，可以根据不同的涂布方式进行调整，重量份10-40的组合物和60-90的去离子水只是比较常规的水性聚合物涂覆浆料的配比，可以满足大部分的常规涂布方式，不排除一些特殊的涂布方式对涂覆浆料有特殊的需求，从而在本申请限定范围之外进行调整，在此不作具体限定。需要说明的是，本申请的水性聚合物涂覆浆料，与现有的水性聚合物涂覆浆料相比，通过添加极性高分子材料对聚合物微球进行包裹，可以使聚合物微球表面具有更强的极性，从而在干粘过程中，使得水性粘结剂更容易吸附到有极性表面的聚合物微球上，增强了聚合物微球粘结性，解决了现有水性聚合物涂覆浆料粘结性差的问题。并且，本申请的水性聚合物涂覆浆料，不需要通过增加粘结剂的用量来改善粘结性，因此，也避免了隔膜的透气性能大幅下降的问题；采用本申请的水性聚合物涂覆浆料，在基膜表面形成聚合物微球点状分布的涂层，与常规的非点状分布的聚合物涂层隔膜相比，本申请的水性聚合物涂覆浆料在提高粘结性的同时，并不会使透气性能大幅度下降，相对于常规的聚合物涂层隔膜本申请具有更好的透气性能。优选的，聚合物微球为聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯和聚丙烯中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物涂层隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的水性聚合物涂层，其特征在于：所述水性聚合物涂层为极性高分子材料包裹的聚合物微球以点状分布的形式非全覆盖的均匀分散粘附在基膜的表面形成的涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚合物涂层隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的水性聚合物涂层，其特征在于：所述水性聚合物涂层为极性高分子材料包裹的聚合物微球以点状分布的形式非全覆盖的均匀分散粘附在基膜的表面形成的涂层。


2.根据权利要求1所述的聚合物涂层隔膜，其特征在于：所述极性高分子材料为羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、海藻酸钠和聚乙烯醇中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的聚合物涂层隔膜，其特征在于：所述聚合物微球的粒径为基膜微孔孔径的20～500倍。


4.根据权利要求1-3任一项所述的聚合物涂层隔膜，其特征在于：所述基膜为聚烯烃微孔膜，所述聚烯烃微孔膜的孔径为20nm～100nm，厚度为5-40μm；
优选的，所述聚烯烃微孔膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜或者两者层叠组成的两层或多层复合膜。


5.一种用于制备权利要求1-4任一项所述的聚合物涂层隔膜的水性聚合物涂覆浆料，其特征在于：所述水性聚合物涂覆浆料包括重量份10-40的组合物和60-90的去离子水，所述组合物包括重量份75-99.6的聚合物微球、0.1-10的水性粘结剂、0.1-5的极性高分子材料和0.1-5的润湿剂。


6.根据权利要求5所述的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琳，姚坤，倪靖，周超，张辉，
申请(专利权)人：武汉中兴创新材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42