一种PMMA交联球形微粉涂层隔膜及其制备方法和在锂离子电池中的应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池隔膜材料技术领域，具体涉及一种PMMA交联球形微粉涂层隔膜，包括多孔基膜，以及复合在基膜至少一个表面的改性层，所述的改性层包括粘结剂以及呈单层紧密排列的若干PMMA交联球形微粉。本发明专利技术还提供了一种所述的涂层隔膜的制备方法和在锂离子电池中的应用。本发明专利技术创新地采用PMMA交联球形微粉作为改性层的唯一涂层粉料，且进一步发现，将其在基膜表面单层紧密排布，可以有效解决隔膜热收缩问题，不仅如此，还能够显著降低隔膜水分含量、改善涂层的透气性。

【技术实现步骤摘要】
一种PMMA交联球形微粉涂层隔膜及其制备方法和在锂离子电池中的应用
：本专利技术涉及一种锂离子电池的涂层隔膜及其制备方法，尤其涉及一种PMMA交联球形微粉涂层隔膜及其制备方法以及在锂离子电池中的应用。
技术介绍
：锂离子电池由于具有电压高、比能量大、工作温度范围宽、比功率大、放电平稳、存储时间长等众多优点，目前被广泛应用于手机、电脑及电动汽车等众多领域。随着电池电压和容量的不断增加，锂电池安全风险也逐步增大。隔膜作为锂离子电池的关键材料之一对电池的安全性能起着非常大的影响。目前商业化的隔膜是聚烯烃隔膜，包括高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)隔膜，这两种隔膜熔点较低，分别为130℃和165℃，在电池发生过热的情况下这两种隔膜容易出现熔融收缩，使得正负极发生短路，从而产生严重的电池爆炸起火的安全事故。为了进一步改善隔膜的热稳定性，大量的文献和专利提供了陶瓷涂层隔膜技术和PVDF涂层隔膜技术，通过在聚烯烃隔膜表面涂覆一层陶瓷层和PVDF涂层来改善隔膜的热稳定性，陶瓷涂层隔膜和PVDF涂层隔膜能很好地解决聚烯烃类隔膜的安全性能，因而在高电压和大功率锂电池中得到广泛应用。但是，目前普遍采用的氧化铝、勃姆石等等陶瓷微粉，它们吸水性强，陶瓷涂层隔膜的吸水性是普通隔膜的3～10倍左右，这样，使得电芯水分烘烤时间加长，增加了电池生产难度；同时也因粗糙的表面和众多的微孔导致冗余的电解液增多，增加电池成本；同时因此给电池带来如电池鼓胀和循环衰减过快等品质隐患；另外无机陶瓷粉比重大，不利于大型动力电池的轻量化。
技术实现思路
：为了克服上述问题，本专利技术第一目的在于，提供一种兼具良好热稳定性以及透气性、水分含量低的高性能PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)交联球形微粉(以下统称为PMMA交联球形微粉)涂层隔膜(本专利技术也简称涂层隔膜、涂覆隔膜或者改性隔膜)。本专利技术第二目的在于，提供一种所述的PMMA交联球形微粉涂层隔膜的制备方法，旨在提供一种可降低生产成本、且可制得具有热稳定性，降低电池品质隐患，有效提高电池的安全性的隔膜材料。本专利技术第三目的在于，提供所述的PMMA交联球形微粉涂层隔膜在作为锂离子电池中的应用。本专利技术第四目的在于，提供一种包含所述PMMA交联球形微粉涂层隔膜的锂离子电池。一种PMMA交联球形微粉涂层隔膜，包括多孔基膜(本专利技术也简称基膜)，以及复合在基膜至少一个表面的改性层，所述的改性层包括粘结剂以及呈单层紧密排列的若干PMMA交联球形微粉(颗粒)。本专利技术创新地采用PMMA交联球形微粉作为改性层的唯一涂层粉料，且进一步发现，将其在基膜表面单层紧密排布，可以有效解决隔膜热收缩问题，不仅如此，还能够显著改善透气性。研究发现，本专利技术所述的涂层隔膜，能够显著改善电池隔膜的热稳定性，降低隔膜水分含量、改善电学性能，降低电池安全隐患。本专利技术所述的PMMA交联球形微粉，其为微米级球型颗粒，且为经过交联聚合的PMMA聚合物材料。本专利技术人研究发现，所述的PMMA交联球形微粉的交联改性特性、球型形貌特性以及所述的微米级特性和所述的单层结构特性的协同联合是赋予所述全新涂层隔膜优异热稳定性、高透气性、低水分含量的关键。本专利技术所述的PMMA交联球形微粉是一种具有三维交联网状分子结构的颗粒。所述的PMMA交联球形微粉可通过本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合、无皂乳液聚合、分散聚合等方法制得，优选通过分散聚合法制得。研究发现，优选的分散聚合物方法制得的PMMA交联球形微粉能够进一步改善涂层隔膜的透气性以及稳定性。优选的PMMA交联球形微粉制备过程为：将甲基丙烯酸甲酯反应单体、稳定剂、引发剂、交联剂等，加入乙醇与去离子水混合介质中，70～80℃温度下搅拌聚合而成。所述的稳定剂、引发剂、交联剂等助剂均可采用行业内所公知的物料。作为优选，所述的PMMA交联球形微粉的玻璃化转变温度不低于250℃，优选为250～360℃。作为优选，所述的PMMA交联球形微粉为具有光滑表面的圆球形和/或类圆球体的颗粒。本专利技术中，所述的各PMMA交联球形微粉相互紧密排列在基膜的表面，构成所述的改性层。作为优选，所述的PMMA交联球形微粉为均匀颗粒；且该均匀颗粒的粒径范围在1～8μm之间，优选为1～5μm之间。本专利技术研究发现，均匀颗粒的PMMA交联球形微粉特性以及所述的单层结构特性，可以进一步提升隔膜的热稳定性，且改善透气性，降低内阻。作为优选，所述的均匀颗粒指C.V值(离散系数)为10～30％之间。所述的C.V(％)指任意粒径之间的差值与平均值的百分比。作为优选，所述的均匀颗粒指平均粒径从1～8μm之间1的倍数的一种颗粒，且C.V值为10～30％之间。例如，所述的PMMA交联球形微粉为D50为1μm且C.V值为10～30％的颗粒；或者为D50为2μm且C.V值为10～30％的颗粒；或者为D50为3μm且C.V值为10～30％的颗粒；或者为D50为4μm且C.V值为10～30％的颗粒；或者为D50为5μm且C.V值为10～30％的颗粒；或者为D50为6μm且C.V值为10～30％的颗粒；；或者为D50为7μm且C.V值为10～30％的颗粒；或者为D50为8μm且C.V值为10～30％的颗粒。作为优选，所述的PMMA交联球形微粉经阴离子表面活性分散剂进行表面改性处理。作为优选，所述的粘合剂(粘结剂)为水溶性粘合剂，优选为水性聚丙烯酸树脂、水性马来酸酐改性聚丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚苯乙烯树脂、水性环氧树脂中的一种或者几种。本专利技术中，所述的粘合剂用于将所述的PMMA交联球形微粉相互紧密粘连成单层结构并复合在基膜表面。所述的粘合剂可以在所述的单层PMMA交联球形微粉的表面形成一层薄的粘结膜。作为优选，所述的改性层单面的厚度为所述的PMMA交联球粒径的平均数值。本专利技术中，所述的基膜可以采用行业内技术人员所能获知的任意材料。作为优选，所述的基膜为聚烯烃隔膜。进一步优选，所述的基膜为PE膜、PP膜或PP与PE复合膜中的一种。作为优选，所述的基膜的厚度为3-25μm。作为优选，孔径为30～150nm；孔隙率为35～65％。本专利技术还公开了一种所述的PMMA交联球形微粉涂层隔膜的制备方法，预先制得包含所述粘结剂、PMMA交联球形微粉的涂覆胶浆；将所述的涂覆胶浆涂覆在多孔基膜的至少一个表面，干燥即得。本专利技术中，所述的涂覆胶浆为水性胶浆。优选地，所述的涂覆胶浆为包含所述PMMA交联球形微粉、粘结剂、水性助剂、去离子水的水性胶浆。优选地，所述的水性助剂为阴离子表面活性分散剂和基材湿润流平剂；所述的阴离子表面活性分散剂用量为浆料量的0.1～0.8wt％，所述的基材湿润流平剂为浆料量的0.1～0.4wt％。优选地，所述的阴离子表面活性分散剂为油酸钠、羧酸盐、硫酸脂盐、磺酸盐等中的至少一种；优选地，所述的基材湿润流平剂为水性底材湿润流平剂，优选为改性有机硅性润湿流平剂和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PMMA交联球形微粉涂层隔膜，其特征在于，包括多孔基膜，以及复合在基膜至少一个表面的改性层，所述的改性层包括粘结剂以及呈单层紧密排列的若干PMMA交联球形微粉。/n

【技术特征摘要】
20190903 CN 20191082567901.一种PMMA交联球形微粉涂层隔膜，其特征在于，包括多孔基膜，以及复合在基膜至少一个表面的改性层，所述的改性层包括粘结剂以及呈单层紧密排列的若干PMMA交联球形微粉。


2.如权利要求1所述的PMMA交联球形微粉涂层隔膜，其特征在于，所述的PMMA交联球形微粉的玻璃化转变温度不低于250℃，优选为250～360℃。


3.如权利要求1所述的PMMA交联球形微粉涂层隔膜，其特征在于，所述的PMMA交联球形微粉的制备过程为：将甲基丙烯酸甲酯反应单体、稳定剂、引发剂、交联剂等，加入乙醇与去离子水混合介质中，70～80℃温度下搅拌聚合而成。


4.如权利要求1所述的PMMA交联球形微粉涂层隔膜，其特征在于，
所述的PMMA交联球形微粉为具有光滑表面的圆球形或类圆球形颗粒；
优选地，所述的PMMA交联球形微粉为均匀颗粒；且该均匀颗粒的粒径范围在1～8μm之间，优选为1.0～5.0μm之间；
所述的均匀颗粒指C.V值(离散系数)为10～30％之间。


5.如权利要求1～4任一项所述的PMMA交联球形微粉涂层隔膜，其特征在于，所述的PMMA交联球形微粉经阴离子表面活性分散剂进行表面改性处理。


6.如权利要求1所述的PMMA交联球形微粉涂层隔膜，其特征在于，所述的粘结剂为水溶性粘结剂，优选为水性聚丙烯酸树脂、水性马来酸酐改性聚丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚苯乙烯树脂、水性环氧树脂中的一种或者几种；
优选地，所述的单面改性层的厚度为所述的PMMA交联球粒径的平均数值；
优选地，所述的基膜为聚烯烃隔膜；优选为PE膜、PP膜或PP与PE复合膜中的一种；
优选地，所述基膜的厚度为5-25μm；孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华，
申请(专利权)人：李华，
类型：发明
国别省市：湖南;43