一种电池隔膜、其制备方法及电池技术

本发明专利技术提供了一种电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：制备涂覆浆料、涂覆、凝胶和清洗干燥；本发明专利技术还提供一种根据上述方法制备的电池隔膜，包括多孔基膜和涂覆在所述多孔基膜的至少一面的自支撑涂层，所述自支撑涂层为多孔结构，所述自支撑涂层包括20‑55wt％的粘结剂和45‑80wt％陶瓷颗粒，所述粘结剂为间位芳纶、对位芳纶和聚酰亚胺中的至少一种，所述电池隔膜满足4μm≤T

【技术实现步骤摘要】
一种电池隔膜、其制备方法及电池
本专利技术涉及一种电池隔膜、其制备方法及电池。
技术介绍
动力电池在大功率输出性能和安全性方面的需求对锂电池提出了重大挑战，在大功率放电过程中，电池局部温度达到100℃左右就可以引起负极固体电解质界面保护膜(SEI膜)分解并释放热量，使电池进一步升温并引发有机电解液等物质的分解和隔膜的融化，导致正、负极直接反应甚至爆炸。电池使用过程中遭受穿刺或撞击也可导致电池电流剧增，并导致温度迅速升高，使电池隔膜经受高温状态。因此，动力锂电池的安全运行需要隔膜具有更高的强度、更好的热尺寸稳定性和热化学稳定性。隔膜的热尺寸稳定性，要求隔膜在一定的高温环境下无明显形变，且无明显机械强度的损失，具有较高的热安全温度。为了提高隔膜在高温下的尺寸稳定性，对基膜施加涂层成为当前的主要的手段，涂层以陶瓷涂层为主，辅以其他各种功能性涂层。然而，当前的陶瓷涂层需要以基膜为骨架，依靠基膜成型于正、负极板之间；当基膜融化后，即使电池隔膜的温度未达到陶瓷涂层的破膜温度，陶瓷涂层也会因失去了基膜的支撑作用，无法继续支撑于正、负极板之间，从而使电池隔膜无法在高温下继续分隔电池的正、负极板。
技术实现思路
本专利技术提供一种电池隔膜，包括多孔基膜和涂覆在所述多孔基膜的至少一面的自支撑涂层，所述自支撑涂层为多孔结构，所述自支撑涂层包括20-55wt％的粘结剂和45-80wt％陶瓷颗粒，所述粘结剂为间位芳纶、对位芳纶和聚酰亚胺中的至少一种；所述电池隔膜满足式1，式1：4μm≤T1其中，T1为自支撑涂层的厚度；T1的厚度为单层自支撑涂层的厚度。在现有的由陶瓷颗粒和聚合物材料形成的陶瓷涂层中，由于陶瓷颗粒的耐热性要优于常用的聚合物材料，因此，为了提高电池隔膜的耐高温性能，现有的陶瓷涂层中通常以陶瓷颗粒作为主要成分，而聚合物材料含量非常低(约占陶瓷涂层的10wt％以下，过高的聚合物材料含量容易降低陶瓷涂层的孔隙率，导致离子难以通过陶瓷涂层)且仅仅起到粘结作用。此外，由于高温聚合物粘结剂(熔点高)的粘结性能通常要低于低温聚合物粘结剂(熔点低)的粘结性能，因此，为了使得电池隔膜具有更高的强度，现有技术通常选用低温聚合物作为粘结剂。而本专利技术的专利技术人经过深入研究后发现，现有技术的这种陶瓷涂层虽然能够在一定程度上提高锂离子电池隔膜的耐热性能，但是一方面由于聚烯烃基膜在高温下容易收缩甚至融化，另一方面由于低温聚合物粘结剂的低熔点特性，其在高温下也容易融化，无法保持陶瓷涂层的完整性，最终容易导致正、负极板直接接触引发安全事故。而本专利技术的专利技术人通过深入研究后发现，当以间位芳纶、对位芳纶或聚酰亚胺作为自支撑涂层的主要成分，而以陶瓷颗粒作为自支撑涂层的改性材料，两种组分以特定的比例混合之后通过凝固浴的方式可以使自支撑涂层形成具有一定孔隙率的多孔结构，并且该自支撑涂层具有较高的离子电导率。本专利技术的自支撑涂层不仅可作为骨架支撑基膜，降低基膜的热收缩，从而使电池隔膜的热收缩减小；而且即使温度达到聚烯烃基膜的熔点，基膜熔融失去力学性能，只要自支撑涂层中的间位芳纶、对位芳纶或聚酰亚胺仍未达到熔点，自支撑涂层仍然可以保持完整性并具有较高的机械强度，可以独自支撑(自支撑)在正、负极板之间以防止正、负极板直接接触。同时陶瓷颗粒能在一定程度上提高间位芳纶、对位芳纶或聚酰亚胺的软化温度，进一步增强自支撑涂层的耐热性和在高温下的机械强度，使得自支撑涂层的破膜温度高于200℃。本专利技术中的间位芳纶、对位芳纶或聚酰亚胺不仅仅是一种粘结剂，更是自支撑涂层的骨架。在研究中发现自支撑涂层中作为粘结剂的间位芳纶、对位芳纶或聚酰亚胺的比例达到20wt％的时候，涂层可以具有自支撑性能，随着粘接剂比例的增加，涂层的自支撑性能增加。当自支撑涂层中粘结剂的比例达到30wt％时，自支撑性能可以更好地在基膜融化的情形下独自分隔正、负极板；当该比例大于55wt％之后，虽然涂层的自支撑性能继续提升，但透气增加较多，热收缩增大，同时制造成本上升，产品在性能和成本方面的边际效应开始递减。在另一种实施方式中，所述自支撑涂层包括30-50wt％的粘结剂和50-70wt％陶瓷颗粒。在一种实施方式中，所述电池隔膜进一步满足式2，式2：0.5≤T1/T2≤2，其中，T2为多孔基膜的厚度；在另一种实施方式中，0.5≤T1/T2≤1。在研究中还发现，自支撑涂层的厚度大于等于基膜厚度的1/2且单侧自支撑涂层的厚度大于等于4μm时，电池隔膜的抗热收缩性能更优；当自支撑涂层厚度为基膜的一倍的时候，电池隔膜在200℃具有优异的抗热收缩性能。在本专利技术的一种实施方式中，陶瓷颗粒包括金属氧化物、金属碳酸盐、硅酸盐、高岭土、滑石、矿物和玻璃中的一种或多种；所述金属氧化物包括氧化铝、勃姆石、氧化钛、氧化硅和氧化锌中的一种或多种。在本专利技术的一种实施方式中，多孔基膜为聚烯烃膜。在本专利技术的一种实施方式中，所述自支撑涂层的破膜温度高于200℃。在另一种实施方式中，所述自支撑涂层的破膜温度高于250℃。在本专利技术的一种实施方式中，所述聚烯烃膜为聚乙烯膜或聚丙烯膜。本专利技术还提供一种电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：a.制备涂覆浆料：取20-55wt％的粘结剂和45-80wt％陶瓷颗粒加入强极性溶剂中进行分散，获得涂覆浆料；b.涂覆：将涂覆浆料均匀涂覆在多孔基膜的一面或者两面得到浆料涂覆的多孔基膜；涂覆厚度为20μm以上；c.凝胶：将浆料涂覆的多孔基膜浸入凝固浴中，使涂覆浆料在多孔基膜的表面凝胶成涂层，得到含有涂层的多孔基膜；d.清洗干燥：对含有涂层的多孔基膜进行清洗，然后进行干燥，得到电池隔膜。以凝固浴的方式使得涂层形成为具有一定孔隙率的多孔结构。步骤a中，粘结剂占粘结剂和陶瓷颗粒总质量的20-55wt％，获得的隔膜涂层能够形成自支撑涂层。在另一种实施方式中，粘结剂占粘结剂和陶瓷颗粒总质量的30wt％-50wt％。在本专利技术的一种实施方式中，步骤a中粘结剂和陶瓷颗粒在涂覆浆料中的质量百分含量为1-10％，步骤b中涂覆厚度为40μm以上。所述涂覆厚度是指涂层干燥前的厚度。在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤b中涂覆厚度为多孔基膜厚度的4倍以上。在本专利技术的一种实施方式中，所述强极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMAC)和/或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。在本专利技术的一种实施方式中，所述凝固浴包括水和N,N-二甲基甲酰胺；凝固浴中，N,N-二甲基甲酰胺的占比为40-80wt％，水的占比为20-60wt％。在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤d中采用高分子不良溶剂对含有涂层的多孔基膜进行清洗；所述高分子不良溶剂包括醇类、丙酮和水中的至少一种。在本专利技术的一种实施方式中，所述步骤d中干燥温度为30℃-90℃。在本专利技术的一种实施方式中，凝固浴的温度为4-30℃。在本专利技术的一种实施方式中，涂覆浆料在凝固浴中的凝固时间为10-100S。在本专利技术的一种实施方式中，步骤b中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池隔膜，其特征在于，包括多孔基膜和涂覆在所述多孔基膜的至少一面的自支撑涂层，所述自支撑涂层为多孔结构，所述自支撑涂层包括20-55wt％的粘结剂和45-80wt％陶瓷颗粒，所述粘结剂为间位芳纶、对位芳纶和聚酰亚胺中的至少一种；所述电池隔膜满足式1，/n式1：4μm≤T

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，其特征在于，包括多孔基膜和涂覆在所述多孔基膜的至少一面的自支撑涂层，所述自支撑涂层为多孔结构，所述自支撑涂层包括20-55wt％的粘结剂和45-80wt％陶瓷颗粒，所述粘结剂为间位芳纶、对位芳纶和聚酰亚胺中的至少一种；所述电池隔膜满足式1，
式1：4μm≤T1
其中，T1为自支撑涂层的厚度。


2.如权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于：所述电池隔膜进一步满足式2，
式2：0.5≤T1/T2≤2
其中，T2为多孔基膜的厚度。


3.如权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于：所述陶瓷颗粒包括金属氧化物、金属碳酸盐、硅酸盐、高岭土、滑石、矿物和玻璃中的一种或多种；所述金属氧化物包括勃姆石、氧化铝、氧化钛、氧化硅和氧化锌中的一种或多种。


4.如权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于：所述多孔基膜为聚烯烃膜。


5.如权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于：所述自支撑涂层的破膜温度高于200℃。


6.一种如权利1-5任一所述的电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.制备涂覆浆料：取20-55wt％的粘结剂和45-80wt％陶瓷颗粒加入强极性溶剂中进行分散，获得涂覆浆料；
b.涂覆：将涂覆浆料均匀涂覆在多孔基膜的一面或者两面得到浆料涂覆的多孔基膜，涂覆厚度为20μm以上；
c.凝胶：将浆料涂覆的多孔基膜浸入凝固浴中，使涂覆浆料在多孔基膜的表面凝胶成涂层，得到含有涂层的多孔基膜；
d.清洗干燥：对含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：何金波，孙婉露，文娟·刘·麦蒂斯，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33