无机陶瓷改性浆料及制备方法、无机陶瓷改性隔膜和应用技术

本发明专利技术公开了一种无机陶瓷改性浆料及制备方法，以及无机陶瓷改性隔膜和应用，该无机陶瓷改性浆料由无机陶瓷粒子分散液、表面活性剂、粘结剂、二氧化钛核壳颗粒和氧化石墨烯制备而成，其中，所述粘结剂为氧化β‑环糊精，本发明专利技术中制得的无机陶瓷改性隔膜降低了吸水率便于储存，同时具有较高的孔隙率和吸液率，提高了电池的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
无机陶瓷改性浆料及制备方法、无机陶瓷改性隔膜和应用
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种无机陶瓷改性浆料及制备方法，还涉及由该无机陶瓷改性浆料制得的无机陶瓷改性隔膜，及该无机陶瓷改性隔膜在锂离子电池制备中的应用。
技术介绍
隔膜作为锂离子电池的四大关键材料之一，既能隔离电池的正负极直接接触避免内部短路，也可以为锂离子在正负极间的交换提供微孔通道，其性能决定了锂离子电池的界面结构、内阻、放电容量、循环使用寿命及安全性能等特性。目前商业化的锂离子电池隔膜大多数为聚烯烃材料，但随着科技的进步，人们对大功率、便携式电子设备的要求越来越高，尤其是对大电流、高倍率放电、较高的耐热性以及良好的吸附电解液和保持电解液的能力等要求，聚烯烃类隔膜已经不能满足需求，尤其是电解液润湿性差和热收缩率高限制了其应用范围。目前主要通过在基膜表面涂覆一层有机或无机涂层(如氧化铝等)进行改善，但涂层中采用水性粘结剂会存在吸水率高的问题，不利于电池隔膜的储存，也增加了后续的处理成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术有必要提供一种无机陶瓷改性浆料及其制备方法，采用氧化β-环糊精作为粘结剂，从而降低了隔膜的吸水率，同时添加二氧化钛核壳颗粒以改善锂离子电池的倍率和循环性能以解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种无机陶瓷改性浆料，所述无机陶瓷改性浆料由无机陶瓷粒子分散液、表面活性剂、粘结剂、二氧化钛核壳颗粒和氧化石墨烯制备而成，其中，所述粘结剂为氧化β-环糊精。进一步的，所述无机陶瓷粒子分散液的制备包括以下步骤：按照质量份取4-7份无机陶瓷粒子、5-8份氢氧化镁、6-9份二氧化硅和100-200份去离子水混合，调节pH至9-11后，加入1-2份分散剂搅拌均匀，高速剪切搅拌分散30-60min，得到无机陶瓷粒子分散液。优选的，所述无机陶瓷粒子选自勃姆石。进一步的，所述氧化β-环糊精的制备包括以下步骤：按照质量份将3-5份β-环糊精和4-7份过氧化氢组成的混合液，在80-85℃下密闭保温20-24h后，先于80-85℃鼓风干燥20-24h，再于95-100℃真空干燥24-25h，得到氧化β-环糊精。进一步的，所述二氧化钛核壳颗粒的制备包括以下步骤：按照质量份将6-10份甲基丙烯酸甲酯和0.3-0.5份二氧化钛混合后，高速搅拌分散10-20min得第一溶液；按照质量份将0.3-1.5份聚乙烯醇溶解于120-200份水温为30-35℃的水中后，再向其中加入0.06-0.1份十六烷和0.06-0.1份过硫酸钾，混合均匀得第二溶液；将所述第一溶液缓缓滴加到所述第二溶液中，搅拌3-4h得到混合溶液，将所述混合溶液升温至60-65℃并保温10-12h后，离心、干燥得到二氧化钛核壳颗粒。本专利技术还提供了如前述任一项所述的无机陶瓷改性浆料的制备方法，按照质量份将3-5份氧化β-环糊精按照质量比1:100溶于去离子水中，向其中加入无机陶瓷粒子分散液、0.3-0.5份表面活性剂和二氧化钛核壳颗粒，得到溶液A；按照质量份将2-4份氧化石墨烯加入20份二甲基甲酰胺中超声分散30-40min后，得到溶液B；将所述溶液B加入溶液A中，搅拌10-12h，制得固含量为30％-40％的无机陶瓷改性浆料。本专利技术进一步提供了一种无机陶瓷改性隔膜，其包括基膜和无机陶瓷涂层，所述无机陶瓷涂层由权利要求1-5任一项所述的无机陶瓷改性浆料涂覆于所述基膜的表面制得。进一步的，所述基膜选自聚烯烃多微孔膜。进一步的，所述无机陶瓷改性隔膜的制备包括以下步骤：采用刮涂法将所述无机陶瓷改性浆料涂覆于所述基膜的表面，控制涂覆湿厚，在60-65℃下鼓风干燥10-12h后，再于60-65℃下真空干燥20-24h，得到总厚度在20-30μm的无机陶瓷改性隔膜，其中，所述涂覆的车速为3-15m/min，辊速比为100％-120％。本专利技术还提供了如前所述的无机陶瓷改性隔膜在用于制备锂离子电池中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以氧化β-环糊精作为粘结剂添加在无机陶瓷改性浆料中，使得隔膜的水分含量下降，提高了隔膜的离子电导率，使得锂离子电池的倍率性能和循环性能也有所改善。此外，在无机陶瓷改性浆料中还添加了二氧化钛核壳颗粒，二氧化钛核壳颗粒的加入使得隔膜的水分含量、热收缩率和倍率性能均有所改善，使得该隔膜装配的半电池放电比容量、循环性能均得到提高，隔膜的电化学性能好。在无机陶瓷改性浆料中还添加了氧化石墨烯，改善了隔膜的电化学性能，具体的说，提高了隔膜的离子电导率，继而提高了该隔膜组装电池的电化学性能，隔膜的吸液率和孔隙率增大。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将结合具体的实施例对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本专利技术第一个方面公开了一种无机陶瓷改性浆料，所述无机陶瓷改性浆料由无机陶瓷粒子分散液、表面活性剂、粘结剂、二氧化钛核壳颗粒和氧化石墨烯制备而成，其中，所述粘结剂为氧化β-环糊精。本专利技术中的无机陶瓷改性浆料中添加氧化β-环糊精作为粘结剂，同时添加二氧化钛核壳颗粒和氧化石墨烯，使得涂覆得到的无机陶瓷改性隔膜的电化学性能得到改善，具体的说，由于氧化β-环糊精涂覆膜对水的接触角为37.9°，是一种非亲水性物质从而降低了隔膜的吸水率，而二氧化钛核壳颗粒由于其独特的核壳结构，可改善二氧化钛的能级结构，提高电子传输及再生速度，在浆料中添加二氧化钛核壳颗粒从而改善锂离子电池的倍率和循环性能。另外，需要说明的是，浆料中的表面活性剂主要是提高浆料中各组分的分散性，其可以选择本领域常规采用的表面活性剂，在本专利技术的一些具体的实施方式中，所述表面活性剂选自BYK-380。进一步的，所述无机陶瓷粒子分散液的制备包括以下步骤：按照质量份取4-7份无机陶瓷粒子、5-8份氢氧化镁、6-9份二氧化硅和100-200份去离子水混合，调节pH至9-11后，加入1-2份分散剂搅拌均匀，高速剪切搅拌分散30-60min，过滤得到无机陶瓷粒子分散液。所述无机陶瓷粒子选自勃姆石。可以理解的是，在无机陶瓷粒子分散液中，添加氢氧化镁，利用其阻燃特性提高隔膜的氧指数，同时氢氧化镁的碱性可减少氢氟酸对电池的损害，并且氢氧化镁的导热性能够改善隔膜的导热问题。而无机陶瓷粒子的选择可以是本领域中常规的无机陶瓷颗粒，在本专利技术的一些具体的实施方式中，优选为勃姆石，勃姆石也具有阻燃特性，可进一步提升隔膜的氧指数，其导热性则可以进一步改善隔膜的导热问题。同时勃姆石和氢氧化镁的比重小、硬度低，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机陶瓷改性浆料，其特征在于，所述无机陶瓷改性浆料由无机陶瓷粒子分散液、表面活性剂、粘结剂、二氧化钛核壳颗粒和氧化石墨烯制备而成，其中，所述粘结剂为氧化β-环糊精。/n

【技术特征摘要】
1.一种无机陶瓷改性浆料，其特征在于，所述无机陶瓷改性浆料由无机陶瓷粒子分散液、表面活性剂、粘结剂、二氧化钛核壳颗粒和氧化石墨烯制备而成，其中，所述粘结剂为氧化β-环糊精。


2.如权利要求1所述的无机陶瓷改性浆料，其特征在于，所述无机陶瓷粒子分散液的制备包括以下步骤：按照质量份取4-7份无机陶瓷粒子、5-8份氢氧化镁、6-9份二氧化硅和100-200份去离子水混合，调节pH至9-11后，加入1-2份分散剂搅拌均匀，高速剪切搅拌分散30-60min，得到无机陶瓷粒子分散液。


3.如权利要求2所述的无机陶瓷改性浆料，其特征在于，所述无机陶瓷粒子选自勃姆石。


4.如权利要求1所述的无机陶瓷改性浆料，其特征在于，所述氧化β-环糊精的制备包括以下步骤：按照质量份将3-5份β-环糊精和4-7份过氧化氢组成的混合液，在80-85℃下密闭保温20-24h后，先于80-85℃鼓风干燥20-24h，再于95-100℃真空干燥24-25h，得到氧化β-环糊精。


5.如权利要求1所述的无机陶瓷改性浆料，其特征在于，所述二氧化钛核壳颗粒的制备包括以下步骤：
按照质量份将6-10份甲基丙烯酸甲酯和0.3-0.5份二氧化钛混合后，高速搅拌分散10-20min得第一溶液；
按照质量份将0.3-1.5份聚乙烯醇溶解于120-200份水温为30-35℃的水中后，再向其中加入0.06-0.1份十六烷和0.06-0.1份过硫酸钾，混合均匀得第二溶液；
将所述第一溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕长江，陈默，陈龙，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34