一种水性聚偏氟乙烯涂覆浆料、电池隔膜及制备方法技术

本申请公开了一种水性聚偏氟乙烯涂覆浆料、电池隔膜及制备方法。本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，采用分子量大于或等于20万的有机聚合物作为粘结剂，以及分子量不大于10万的有机聚合物作为助粘剂。本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，采用高分子量的有机聚合物粘结剂和低分子量的有机聚合物助粘剂组合使用，不仅能够提高水性聚偏氟乙烯涂覆浆料的粘结强度；而且，保持了水性聚偏氟乙烯涂覆浆料原本的成本低、污染小、透气增量低等优点。

An aqueous polyvinylidene fluoride coating slurry, battery separator and preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚偏氟乙烯涂覆浆料、电池隔膜及制备方法
本申请涉及电池隔膜领域，特别是涉及一种水性聚偏氟乙烯涂覆浆料、电池隔膜及制备方法。
技术介绍
锂离子电池在商业化应用后，由于其良好的循环性能、寿命、能量密度等优势而被广泛的应用于电池领域，并且每年使用量仍在大幅度增长。随着锂电池技术的发展，单一的隔膜已经不能满足现有的使用需求；因此隔膜涂层技术发展迅速，出现了大量的涂层电池隔膜。其中，以聚偏氟乙烯(PVDF)涂层和陶瓷涂层的电池隔膜最具代表性。PVDF涂层主要作用在于可提供粘接力，粘接正负极，提升电芯稳定性，提升吸液率，降低界面电阻，优化电池循环性能。目前，PVDF涂层主要是采用油性PVDF涂覆浆料涂布而成；所谓油性PVDF涂覆浆料，即采用有机溶剂将PVDF分散而制成的涂覆浆料。油性PVDF涂层的优点是粘接性能高，综合性能好；但其缺点也非常明显，例如，制程控制复杂、污染较大、成本高。针对油性PVDF涂覆浆料的缺陷和不足，已经有水性PVDF涂覆浆料的研究和报道。水性PVDF涂覆浆料虽然可以解决油性PVDF的问题，并且具有透气增量低、污染低、价格低廉等特点；但是，水性PVDF涂覆浆料形成的PVDF涂层综合性能略差，并且，粘接性能低，甚至无法有效的粘结负极极片。因此，如何提高水性PVDF涂覆浆料的粘结性是解决其推广应用的关键。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，采用该水性聚偏氟乙烯涂覆浆料的电池隔膜，以及水性聚偏氟乙烯涂覆浆料的制备方法。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水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，包括采用分子量大于或等于20万的有机聚合物作为粘结剂，以及分子量不大于10万的有机聚合物作为助粘剂。需要说明的是，本申请创造性的在水性聚偏氟乙烯涂覆浆料中添加大分子量的有机聚合物粘结剂和小分子量的有机聚合物助粘剂，利用小分子量的有机聚合物助粘剂增加粘接面积；并且，小分子量的有机聚合物助粘剂由于颗粒更小，可以有效的填充粘结剂以及PVDF颗粒的空隙，涂层所用的高分子材料均为一些弹性颗粒，在电池热压的时候会被软化，缝隙间的助粘剂，特别是表面和近基膜面的，会被压实粘结在一起，形成一个个铆钉的结构，从而大幅度的提升粘接性能。本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，具有极高的粘接强度，其强度高于一般的油性PVDF涂层，并且兼顾了水性PVDF价格低、污染低等优点，制程易管控，具有非常好的可操作性。优选的，粘结剂为乳液型聚丙烯酸树脂或水溶型聚丙烯酸树脂。优选的，粘结剂的粘度为10mPa·s～120mPa·s，pH值为6～9，固含量为38wt％～42wt％，分子量为20万～60万。优选的，粘结剂的颗粒粒径为300-600nm。优选的，助粘剂为聚氨酯、聚乙烯醇和聚丙烯酸树脂中的至少一种。需要说明的是，高分子的聚氨酯、聚乙烯醇和聚丙烯酸树脂通常作为粘结剂使用，本申请创造性的采用分子量不大于10万的聚氨酯、聚乙烯醇或聚丙烯酸树脂作为助粘剂，用于填补高分子量的粘结剂由于材料本身性能限制而被迫舍弃的性能。优选的，助粘剂的颗粒粒径为100-300nm。优选的，本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料中，聚偏氟乙烯颗粒由聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物和聚偏氟乙烯均聚物中的至少一种制备。优选的，聚偏氟乙烯颗粒的粒径为1.5-4μm。优选的，本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料中含有聚偏氟乙烯颗粒、去离子水、粘结剂、助粘剂、润湿剂和增稠剂。需要说明的是，本申请的关键在于在水性聚偏氟乙烯涂覆浆料中添加小分子量的有机聚合物助粘剂，至于润湿剂和增稠剂等其它组分，可以参考现有的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料；但是，为了确保粘结性能，本申请优选的方案中对增稠剂和润湿剂都进行了限定，详见以下技术方案。优选的，水性聚偏氟乙烯涂覆浆料由4-7.4重量份的聚偏氟乙烯颗粒、0.4-2.3重量份的粘结剂、0.01-0.23重量份的助粘剂、0.04-0.23重量份的增稠剂、0.02-0.6重量份的润湿剂和80-96重量份的去离子水组成。优选的，增稠剂为羧甲基纤维素、甲基纤维素和羧甲基纤维素钠中的至少一种。优选的，润湿剂为丙二醇、甘油和聚乙二醇中至少的一种。本申请的另一面公开了本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料的制备方法，包括以下步骤，1)将增稠剂与其95-99倍体积的去离子水混合，并以100-200r/min的速度搅拌1-3h，获得增稠剂溶液；2)向步骤1)制备的增稠剂溶液中加入聚偏氟乙烯颗粒，以70-90r/min的速度搅拌4-6h，获得第一混合液；3)向步骤2)制备的第一混合液中加入助粘剂，以100-200r/min的速度搅拌4-6h，获得第二混合液；4)向步骤3)制备的第二混合液中加入粘结剂、润湿剂和余量的去离子水，以20-30r/min的速度慢搅1-2h，过滤，即获得本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料。优选的，步骤4)中过滤的滤网为120目。本申请的再一面公开了一种电池隔膜，包括基膜和涂覆在基膜至少一个表面的聚偏氟乙烯涂层，该聚偏氟乙烯涂层由本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料涂布而成。优选的，本申请的电池隔膜中，基膜为聚烯烃微孔膜。优选的，本申请的电池隔膜中，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。需要说明的是，本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，既具有水性聚偏氟乙烯涂覆浆料价格低、污染低、透气增量低的优点；又具有很高的粘结强度，其粘结强度甚至高于一般的油性PVDF涂覆浆料。因此，采用本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料制备的电池隔膜，能够有效的粘接正负极，提升电芯稳定性，提升吸液率，降低界面电阻，从而获得更好的电池循环性能。由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：本申请的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，采用高分子量的有机聚合物粘结剂和低分子量的有机聚合物助粘剂组合使用，不仅能够提高水性聚偏氟乙烯涂覆浆料的粘结强度；而且，保持了水性聚偏氟乙烯涂覆浆料原本的成本低、污染小、透气增量低等优点。附图说明图1是本申请实施例一制备的聚偏氟乙烯涂层隔膜的扫描电镜图；图2是本申请实施例二制备的聚偏氟乙烯涂层隔膜的扫描电镜图；图3是本申请实施例三制备的聚偏氟乙烯涂层隔膜的扫描电镜图。具体实施方式油性聚偏氟乙烯涂覆浆料制备的涂层粘接性能强，而水性聚偏氟乙烯涂覆浆料制备的涂层粘接性能低，是业界普遍的共识。本申请研究发现，在水性聚偏氟乙烯涂覆浆料中，采用大分子量的有机聚合物粘结剂，配合小分子量的有机聚合物助粘剂可以获得更好的粘接性能，甚至粘接性能高于一般的油性聚偏氟乙烯涂覆浆料制备的涂层。基于以上研究和认识，本申请提供了一种新的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，包括在分散聚偏氟乙烯颗粒的去离子水中添加分子量大于或等于20万的有机聚合物粘结剂，以及分子量不大于10万的有机聚合物助本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，其特征在于：包括采用分子量大于或等于20万的有机聚合物作为粘结剂，以及分子量不大于10万的有机聚合物作为助粘剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，其特征在于：包括采用分子量大于或等于20万的有机聚合物作为粘结剂，以及分子量不大于10万的有机聚合物作为助粘剂。


2.根据权利要求1所述的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，其特征在于：所述粘结剂为乳液型聚丙烯酸树脂或水溶型聚丙烯酸树脂；
优选的，所述粘结剂的粘度为10mPa·s～120mPa·s，pH值为6～9，固含量为38wt％～42wt％，分子量为20万～60万；
优选的，所述粘结剂的颗粒粒径为300-500nm。


3.根据权利要求1所述的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，其特征在于：所述助粘剂为聚氨酯、聚乙烯醇和聚丙烯酸树脂中的至少一种；
优选的，所述助粘剂的颗粒粒径为100-300nm。


4.根据权利要求1所述的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，其特征在于：所述水性聚偏氟乙烯涂覆浆料采用的聚偏氟乙烯颗粒由聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物和聚偏氟乙烯均聚物中的至少一种制备；
优选的，所述聚偏氟乙烯颗粒的粒径为1.5-4μm。


5.根据权利要求1-4任一项所述的水性聚偏氟乙烯涂覆浆料，其特征在于：所述水性聚偏氟乙烯涂覆浆料中含有聚偏氟乙烯颗粒、去离子水、粘结剂、助粘剂、润湿剂和增稠剂；
优选的，所述水性聚偏氟乙烯涂覆浆料由4-7.4重量份的聚偏氟乙烯颗粒、0.4-2.3重量份的粘结剂、0.01-0.23重量份的助粘剂、0.04-0.23重量份的增稠剂、0.02-0.6重量份的润湿剂和80-96...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪靖，刘琳，刘建金，姚坤，周超，
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