一种功能涂层隔膜及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种功能涂层隔膜及其制备方法和应用，其中该功能涂层隔膜由以下组分按重量份组成：PVDF粉体10份、碱溶液100份～500份、氧化剂溶液1份～10份、接枝改性单体0.01份

【技术实现步骤摘要】
一种功能涂层隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池领域的隔膜制备，具体涉及一种功能涂层隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在对锂电池进行装配时，需要在其外部包覆一层隔膜，从而提高其使用的安全，现有锂离子电池的隔膜按照工艺制程区别可分为湿法PE隔膜、干法PP隔膜，由于PE和PP涂覆隔膜的吸液率和粘结性差，通常会在隔膜基膜上涂布油性PVDF涂层，并通过水洗造孔得到油性PVDF涂覆隔膜，与传统PE/PP隔膜相比，显著提高了隔膜与极片的粘结性，能大幅度提高电池的循环寿命、倍率性能和安全性，而目前市场上的油性PVDF涂层隔膜静电大，极易导致生产使用过程隔膜相互粘附，吸附灰尘，同时隔膜在后段生产加工中由于静电大，容易导致电芯卷绕不良，抽针困难，成品率低，因此，在实际应用中，迫切需要解决油性PVDF涂层隔膜静电大的问题，以改善隔膜的加工应用性能。
[0003]PVDF有机功能聚合物一般是通过油性或水性工艺制浆后涂布于隔膜上后直接干燥成型。虽然工艺简单，也适合规模化生产应用，但单独采用油性或者水性工艺制浆，存在以下不足：一是油性直接干燥工艺使用易燃易爆易制毒有机溶剂，不环保，而且该工艺制备的产品堵孔明显，会影响电池的倍率和循环性能，另外还存在涂层静电大、不利于加工应用的问题；二是水性工艺虽然没有环保和经济性问题，但制备的产品附着力不足，应用于电池中存在水分偏高、极片粘结力差等问题。
[0004]例如，一种复合涂覆处理的锂离子电池隔膜及其制备方法(专利号为CN106252565B)，该专利技术通过设计多层结构，对经过处理后的基膜的一侧进行芳纶涂覆，之后对基膜的同一侧进行聚偏氟乙烯涂覆，最后对基膜的另外一侧进行无机粒子的涂覆处理，使产品兼顾耐热性能和极片粘结特性，虽然基材一侧的无机粒子涂覆可以改善此侧的耐热性和静电特性，但另一侧的芳纶涂覆，及在芳纶涂层之上的PVDF涂覆存在着加工困难和涂层静电大的问题，同时，由于隔膜的一侧必然存在静电大的问题，产品总体的静电特性并没有得到改善，而且该专利产品涂层结构多而复杂，加工次数多，生产效率低，成品率也无法保证。因此，现有技术还有待发展。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种功能涂层隔膜及其制备方法，旨在提供一种静电小、涂层孔隙率高、粘结性能良好的功能涂层隔膜，以改善其加工和应用性能。
[0006]现有技术报道的PVDF改性技术多为无机共混改性技术，即通过添加无机二氧化硅或三氧化二铝材料进行混合，形成有机
‑
无机复合材料，但该种方法存在无机材料分散不均，和有机
‑
无机作用力弱的问题。也有部分技术采用化学接枝的方法，但其方式与本申请也是有明显不同的。在本申请中，通过对PVDF粉体先进行碱处理，PVDF材料发生消除反应，再加入含亲水基团的接枝改性单体进行氧化接枝，制得亲水基团接枝改性的PVDF材料，同
时，由于不同添加物之间的配比及其协同作用，使得所制得的功能涂层隔膜内部可形成立体导电网络结构，减少静电的产生，实现功能涂层隔膜性能的优化。
[0007]根据第一方面，本申请提供一种功能涂层隔膜，所述功能涂层隔膜由包括如下重量份数的功能涂层浆料所制备而成：
[0008][0009]一种实施例中，所述PVDF粉体的分子量M
w
为：3.7
×
105≤M
W
≤8.0
×
105，熔点Tm为：140℃≤Tm≤160℃；所述接枝改性单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸
‑2‑
乙基己酯和烯胺中的至少一种。
[0010]一种实施例中，所述极性高分子材料颗粒包括聚乙烯醇、羧基化改性聚苯乙烯、羧基化改性聚丙烯、聚氧化乙烯、PS
‑
PMMA共聚交联微球、和PS
‑
聚氨酯共聚交联微球中的至少一种；所述极性高分子材料颗粒为球形或类球形，粒径为50～500nm。
[0011]一种实施例中，所述碱溶液中，溶质包括氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾和乙醇钠中的至少一种，溶剂包括甲醇、乙醇、水、NMP和DMAc中的至少一种；所述碱溶液的质量浓度为1～10％。
[0012]一种实施例中，所述氧化剂溶液中，溶质包括过氧化氢、次氯酸钠、过碳酸钠、过硼酸钠和过硼酸钾中的至少一种，溶剂包括NMP、DMAc、DMSO和DMF中的至少一种；所述氧化剂溶液的质量浓度为0.5
‑
5％。
[0013]一种实施例中，所述分散溶剂包括甲醇、乙醇、水、NMP、DMAc、DMSO和DMF中的至少一种。
[0014]根据第二方面，本申请还提供一种如第一方面所述功能涂层隔膜的制备方法，包括以下步骤，
[0015]S1：PVDF材料改性，向PVDF粉体中依次加入碱溶液和氧化剂溶液，通过先碱处理后氧化接枝的方式，再加入含亲水基团的接枝改性单体，制得亲水基团接枝改性的PVDF材料；
[0016]S2：制备功能涂层浆料，向分散溶剂中加入极性高分子材料颗粒，制成混悬液，再加入含有PVDF材料的溶液中，搅拌均匀，制得功能涂层浆料；
[0017]S3：涂布制膜，将功能涂层浆料涂覆在隔膜基材的两侧，经过凝固成孔、水洗孔定型、干燥、收卷，制得抗静电的功能涂层隔膜。
[0018]一种实施例中，步骤S1中，在碱处理时，搅拌速率为10～100rpm，反应温度为40～80℃，反应时间为0.1～1.5h，在氧化接枝时，搅拌速率为5～50rpm，反应温度为35～60℃，反应时间为0.1～1.0h；步骤S2中，在制备混悬液时，通过机械搅拌、超声或砂磨的方式进行分散。
[0019]一种实施例中，所述亲水基团接枝改性的PVDF材料中，亲水基团包括羧基、羟基、酯基、胺基和磺酸基中的至少一种；接枝率为0.5～10％，其中，接枝率＝[已接枝改性单体
质量/(已接枝改性单体质量+接枝改性单体均聚物质量)]*100％。
[0020]一种实施例中，所述隔膜基材为PP或PE隔膜，其厚度为5～20μm；所述功能涂层浆料的单面涂覆厚度为0.5～2μm。
[0021]根据第三方面，本申请还提供一种如第一方面所述功能涂层隔膜、或如第二方面所述制备方法所制备出的功能涂层隔膜在锂离子电池隔膜中的应用。该功能涂层隔膜静电小、孔隙率较高(内部形成立体网络结构)，可有效减少灰尘或粘结的情况，提高产品的成品率。
[0022]有益效果：依据上述制备方法所制备出的功能涂层隔膜，由于涂层中的亲水基团向外排列，其与极性高分子材料颗粒均可吸附环境中的微量水分，从而在涂层表面形成水导电层，使其具有导静电作用；另外极性高分子材料颗粒在涂层网络结构中形成网络结点，实现三维立体导静电。使得功能涂层隔膜在生产过程中静电少，不易形成粘结或吸附灰尘，同时其孔隙率较高、均匀性好，可有效改善涂层隔膜的加工性能。将其应用在电池领域如高端3C和动力软包电池中时，可以有效提高隔膜产品和电芯产品的成品率。
附图说明
[0023本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能涂层隔膜，其特征在于，所述功能涂层隔膜由包括如下重量份数的功能涂层浆料所制备而成：2.如权利要求1所述功能涂层隔膜，其特征在于，所述PVDF粉体的分子量M
w
为：3.7
×
105≤M
W
≤8.0
×
105，熔点Tm为：140℃≤Tm≤160℃；所述接枝改性单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸
‑2‑
乙基己酯和烯胺中的至少一种。3.如权利要求2所述功能涂层隔膜，其特征在于，所述极性高分子材料颗粒包括聚乙烯醇、羧基化改性聚苯乙烯、羧基化改性聚丙烯、聚氧化乙烯、PS
‑
PMMA共聚交联微球和PS
‑
聚氨酯共聚交联微球中的至少一种；所述极性高分子材料颗粒为球形或类球形，粒径为50～500nm。4.如权利要求3所述功能涂层隔膜，其特征在于，所述碱溶液中，溶质包括氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾和乙醇钠中的至少一种，溶剂包括甲醇、乙醇、水、NMP和DMAc中的至少一种；所述碱溶液的质量浓度为1～10％。5.如权利要求4所述功能涂层隔膜，其特征在于，所述氧化剂溶液中，溶质包括过氧化氢、次氯酸钠、过碳酸钠、过硼酸钠和过硼酸钾中的至少一种，溶剂包括NMP、DMAc、DMSO和DMF中的至少一种；所述氧化剂溶液的质量浓度为0.5
‑
5％。6.如权利要求5所述功能涂层隔膜，其特征在于，所述分散溶剂包括甲醇、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向春，唐丽，
申请(专利权)人：深圳市鼎泰祥新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：