一种水系高粘性涂胶隔膜、其制备方法和在电池中的应用技术

本发明专利技术涉及一种水系高粘性涂胶隔膜、其制备方法和在电池中的应用。所述水系高粘性涂胶隔膜包括基膜和分别设置于基膜两侧的正极聚合物层和负极聚合物层；所述基膜和正极聚合物层之间包括正极陶瓷层，和/或所述基膜和负极聚合物层之间包括负极陶瓷层；所述正极聚合物层和电池正极极片中的粘结剂为同一类型粘结剂，所述负极聚合物层和电池负极极片中的粘结剂为同一类型粘结剂。本发明专利技术所述涂胶隔膜具有两面涂层涂覆量少，涂层轻薄，粘结性高等特点，使得电芯的整形效果最佳，便于模组装箱，同时起到模组限位的作用。而且隔膜的堵孔风险低，能够保证电芯内阻稳定可控和降低析锂风险、保证了电芯的循环寿命和安全性能。

A kind of water system high viscosity rubber coated diaphragm, its preparation method and application in battery

【技术实现步骤摘要】
一种水系高粘性涂胶隔膜、其制备方法和在电池中的应用
本专利技术属于电池
，具体涉及一种水系高粘性涂胶隔膜、其制备方法和在电池中的应用。
技术介绍
在电池中，隔膜的主要作用是保证正、负极片间的有效隔离，并具有一定的机械强度，从而保证电池在变形条件下不破裂；隔膜的性能直接影响电池的循环寿命和动力学特性等各种性能，而其表面经改性得到涂胶隔膜可有效提高电芯的安全性。涂胶隔膜可改善电池负极界面和提高循环性能，成为当前的研究热点之一。用水溶性粘接性聚合物对陶瓷隔膜表面进行修饰改性，形成单面或双面涂层的高分子隔膜即涂胶隔膜，其中无机陶瓷层使隔膜保持较高的热稳定性和机械性能，从而使电芯具有良好的安全性能，而超薄粘接性聚合物涂层可增加对电解液的吸液性和保液性，并可与电解质形成稳定的凝胶质导电聚合物，显著提高电池的循环性能。隔膜涂胶层与正、负极片之间具有较强的粘结力，一方面可提升卷芯的硬度，从而使卷芯不易变形，抑制电芯在循环过程中的厚度膨胀，进而提高电芯厚度的一致性，另一方面减少锂离子在正、负极之间的穿梭距离，提高锂离子迁移率，从而提升电芯的循环性能。而在传统的涂覆方法中，单一粘结性聚合物涂层不能与正、负极同时保持足够的粘结力，且经电解液浸泡后，涂胶隔膜与负极片几乎没有粘结性，达不到预期的要求。CN105552277A公开了一种锂离子电池水系涂胶隔膜的制备方法与流程，所述方法是在去离子水中按配比依次加入分散剂、PVDF树脂粉末、粘结剂和表面活性剂搅拌均匀后，经过滤制得低固含量水性PVDF浆料；再将浆料涂覆于基膜的单面或双面，经烘干后，可制得PVDF涂胶隔膜。所述方法存在以下弊端：①没有考虑正、负极片中活性物质体系粘结剂粘结体系的差异，导致隔膜涂胶层与正、负极片两侧的粘结力存在差异，无法形成一个正、负两侧均匀高粘结力的涂层；②PVDF聚合物涂胶层在电解液浸泡后，由于小分子溶剂进入到PVDF聚合物中，使其溶胀，少数分子链被解开，其粘结性降低。因此，所述类型隔膜与正、负极两侧的粘结力都会降低。由于负极极片大部分选用的是水系粘结剂，水系粘结剂和油系粘结剂两种类型在高温粘合过程由于斥力作用，粘结效果不佳，所以负极侧粘结力很小，甚至没有，最后会导致电芯在循环过程中负极膨胀未被抑制，电芯厚度膨胀率较高，从而影响电芯的循环性能和模组装箱限位，甚至影响电池使用的安全性。CN107611314A公开了一种采用双面涂层涂覆量不同的涂胶隔膜，先将陶瓷浆料涂覆在基膜的单面或双面上，再在陶瓷层或基膜面均涂上粘接性聚合物，隔膜涂层与正、负极之间的粘接力不足是通过提高粘接性聚合物的涂覆量来改善。但所述方法存在以下不足：①较高质量分数的粘接性聚合物会使单面涂层厚度增加，影响电芯的制成设计，同时增加隔膜的堵孔风险，从而使电芯的内阻增加、循环寿命衰减加快，甚至由于堵孔导致正极侧析锂引起电池的安全问题；②根据正、负极与涂胶隔膜粘结力的差异，设计两面涂层不同的涂胶隔膜，但未考虑隔膜涂层与正、负极片经热压之后，及电解液浸泡前后粘结力的变化情况。因此，本领域需要开发一种电池用新型涂胶隔膜，其具有涂层涂覆量少，涂层轻薄，粘结性优异等特点，且能够提升电芯的循环寿命和安全性能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种水系高粘性涂胶隔膜、其制备方法和在电池中的应用，能够提高隔膜的透气性和粘结力。本专利技术所述高粘性涂胶隔膜是指粘结力均值≥8N/m的隔膜。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种水系高粘性涂胶隔膜，所述水系高粘性涂胶隔膜包括基膜和分别设置于基膜两侧的正极聚合物层和负极聚合物层；所述基膜和正极聚合物层之间包括正极陶瓷层，和/或所述基膜和负极聚合物层之间包括负极陶瓷层；所述电池正极极片中的粘结剂和所述正极聚合物层中的正极粘结性聚合物为同一类型粘结剂，所述电池负极极片中的粘结剂和所述负极聚合物层中的负极粘结性聚合物为同一类型粘结剂。本专利技术通过在隔膜的两侧涂覆不同体系的聚合物层粘结剂，用以匹配电池中与隔膜两侧直接接触的正负极极片中加入的粘结剂，从而提升隔膜与正负极片直接的粘结力。用此隔膜制备的卷芯经高温热压后，正、负极片与粘接性聚合物涂层间的粘结力都得到了极大的提升，从而使电芯的整形效果最佳，便于模组装箱，同时起到模组限位的作用。本专利技术所述卷芯经电解液浸泡后，少部分溶剂进入高分子聚合物粘结剂，使其溶胀，高分子分子链解开，从而小幅度降低正极极片与隔膜间的粘结力，但是负极侧由于是水系粘结剂亲水，高分子在此环境溶胀率比较低，因此负极侧与隔膜的粘结性不会降低，电芯循环膨胀主要是负极极片膨胀，有效的抑制负极极片的膨胀，就能有效的抑制电芯循环过程厚度的膨胀，从而提升电芯的循环寿命和安全性能。由于涂胶隔膜的粘结性较其他方法有所提升，所以隔膜两面涂层涂覆量少，涂层轻薄，也能够保证高粘结性。因此，不会由于涂胶量较多而增加隔膜的堵孔风险，从而能够保证电芯内阻稳定可控和降低析锂风险、有利于电芯的循环寿命性能和安全性能保证。本专利技术所述正极聚合物层中的粘结剂为正极粘结性聚合物，本专利技术所述负极聚合物层中的粘结剂为负极粘结性聚合物，本专利技术所述同一类型粘结剂是指同为油性正极粘结剂聚合物或者水性负极粘结剂聚合物。优选地，所述基膜和正极聚合物层之间包括正极陶瓷层，或所述基膜和负极聚合物层之间包括负极陶瓷层。优选地，所述正极聚合物层、正极陶瓷层和电池正极片中的粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟乙烯和偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物中的至少一种。优选地，所述负极聚合物层、负极陶瓷层和电池负极片中的粘结剂选自纯苯乳胶、苯丙乳胶、苯乙烯-丁二烯聚合物、丁二烯-丙烯腈聚合物、丁苯乳胶、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸酯聚合物、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸-苯乙烯聚合物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚酰亚胺和聚醋酸乙烯酯中的至少一种。本专利技术在隔膜的两侧涂覆不同体系的聚合物粘结剂，用以匹配电池中与隔膜两侧直接接触的正负极极片中加入的粘结剂，从而可以提升隔膜与正负极片直接的粘结力，提升电芯的循环寿命和安全性能。优选地，所述正极聚合物层、正极陶瓷层和电池正极片中的粘结剂相同。优选地，所述负极聚合物层、负极陶瓷层和电池负极片中的粘结剂相同。优选地，所述正极陶瓷层和负极陶瓷层中皆包括陶瓷颗粒，优选陶瓷颗粒的粒径为0.1～5μm，例如0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm或4.5μm等。优选地，所述正极陶瓷层和负极陶瓷层中的陶瓷颗粒选自氧化铝、勃姆石、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化镁、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铈、氢氧化镁、碳酸钙和钛酸钡中的至少一种。优选地，所述水系高粘性涂胶隔膜中，正极聚合物层的质量含量占比为2％～8％，例如3％、4％、5％、6％、7％或8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水系高粘性涂胶隔膜，其特征在于，所述水系高粘性涂胶隔膜包括基膜和分别设置于基膜两侧的正极聚合物层和负极聚合物层；/n所述基膜和正极聚合物层之间包括正极陶瓷层，和/或所述基膜和负极聚合物层之间包括负极陶瓷层；/n所述电池正极极片中的粘结剂和所述正极聚合物层中的正极粘结性聚合物为同一类型粘结剂，所述电池负极极片中的粘结剂和所述负极聚合物层中的负极粘结性聚合物为同一类型粘结剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种水系高粘性涂胶隔膜，其特征在于，所述水系高粘性涂胶隔膜包括基膜和分别设置于基膜两侧的正极聚合物层和负极聚合物层；
所述基膜和正极聚合物层之间包括正极陶瓷层，和/或所述基膜和负极聚合物层之间包括负极陶瓷层；
所述电池正极极片中的粘结剂和所述正极聚合物层中的正极粘结性聚合物为同一类型粘结剂，所述电池负极极片中的粘结剂和所述负极聚合物层中的负极粘结性聚合物为同一类型粘结剂。


2.如权利要求1所述的水系高粘性涂胶隔膜，其特征在于，所述基膜和正极聚合物层之间包括正极陶瓷层，或所述基膜和负极聚合物层之间包括负极陶瓷层；
优选地，所述正极聚合物层、正极陶瓷层和电池正极片中的粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟乙烯和偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物中的至少一种；
优选地，所述负极聚合物层、负极陶瓷层和电池负极片中的粘结剂选自纯苯乳胶、苯丙乳胶、苯乙烯-丁二烯聚合物、丁二烯-丙烯腈聚合物、丁苯乳胶、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸酯聚合物、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸-苯乙烯聚合物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚酰亚胺和聚醋酸乙烯酯中的至少一种；
优选地，所述正极聚合物层、正极陶瓷层和电池正极片中的粘结剂相同；
优选地，所述负极聚合物层、负极陶瓷层和电池负极片中的粘结剂相同。


3.如权利要求1或2所述的水系高粘性涂胶隔膜，其特征在于，所述正极陶瓷层和负极陶瓷层中皆包括陶瓷颗粒，优选陶瓷颗粒的粒径为0.1～5μm；
优选地，所述正极陶瓷层和负极陶瓷层中的陶瓷颗粒选自氧化铝、勃姆石、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化镁、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铈、氢氧化镁、碳酸钙和钛酸钡中的至少一种。


4.如权利要求1-3之一所述的水系高粘性涂胶隔膜，其特征在于，所述水系高粘性涂胶隔膜中，正极聚合物层的质量含量占比为2％～8％；
优选地，所述水系高粘性涂胶隔膜中，负极聚合物层的质量含量占比为2％～8％；
优选地，所述正极陶瓷层的厚度为2～5μm；
优选地，所述负极陶瓷层的厚度为2～5μm；
优选地，所述基膜的厚度为7～20μm。


5.一种如权利要求1-4之一所述的水系高粘性涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)在基膜的正极侧涂覆水性陶瓷浆料A，和/或基膜的负极侧涂覆水性陶瓷浆料B，得到含有陶瓷层的隔膜；其中，所述基膜的正极侧为靠近正极极片的基膜一侧，所述基膜的负极侧为靠近负极极片的基膜一侧；
(2)将步骤(1)得到含有陶瓷层的隔膜中基膜的正极侧涂覆水性聚合物浆料C，在基膜的负极侧涂覆水性聚合物浆料D；
所述水性聚合物浆料C与正极极片中的粘结剂为同一类型粘结剂，所述水性聚合物浆料D与负极极片中的粘结剂为同一类型粘结剂。


6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述水性陶瓷浆料A的制备方法包括：将去离子水、陶瓷粉、分散剂、正极粘结性聚合物和润湿剂混合，得到水性陶瓷浆料A；
优选地，所述水性陶瓷浆料A中陶瓷粉、分散剂、正极粘结性聚合物和润湿剂的总含量记为100wt％，所述陶瓷粉的含量为75％～90wt％，所述正极粘结性聚合物的含量为1wt％～10wt％，所述分散剂的含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨师，王磊，姜倩荣，赵红燕，洪玉，吕正中，刘金成，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42