一种锂离子电池用隔膜及制备方法和锂离子电池技术

本申请涉及锂离子电池加工技术领域，具体公开了一种锂离子电池用隔膜及制备方法和锂离子电池，隔膜包括多孔性基材、有机改性聚合物蜡涂层、无机陶瓷涂层；有机改性聚合物蜡涂层的原料为改性聚合物蜡乳液，以干料计，改性聚合物蜡乳液包括以下原料制备而成：表面含有接枝改性极性官能团的改性聚合物蜡颗粒、水溶液型粘接剂、水溶液型高分子增稠剂；无机陶瓷涂层的原料为陶瓷浆料，以干料计，陶瓷浆料包括以下原料制备而成：陶瓷微粒、水溶型高分子增稠剂、水溶液型粘接剂、乳液型粘结剂。锂离子电池用隔膜不仅保持良好的锂离子电导率、浸润性，而且具有良好的热稳定性，使锂离子电池具有良好安全性、放电倍率性、长期循环稳定性的优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用隔膜及制备方法和锂离子电池


[0001]本申请涉及锂离子电池加工
，更具体地说，它涉及一种锂离子电池用隔膜及制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池自商业化应用以来，以其高能量密度、高功率密度、高工作电压、循环寿命长、无记忆效应、绿色环保、便于根据实际需求灵活设计形状大小等优点，而被广泛应用于各种消费电子产品、电动工具产品、电动汽车的电源中。随着绿色循环经济的发展，化学储能领域具有良好的发展前景，并推动锂离子电池的迅速发展。
[0003]锂离子电池一般包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液，隔膜设置在正极材料和负极材料中间，正极材料、负极材料、隔膜均浸渍在电解液中。隔膜为多孔性聚合物膜，且是锂离子电池最关键的主要材料之一，隔膜对锂离子电池的安全性、放电倍率性和循环性有直接影响。隔膜的主要作用是隔离正极材料、负极材料，且使电解液内的电子不能自由穿过，在正极材料、负极材料之间起到电子绝缘的作用；隔膜还能够使电解液中的离子自由通过，在正极材料、负极材料之间提供离子的快速传输通道。因此，隔膜的性能决定了锂离子电池的界面结构、内阻等，也直接影响着锂离子电池容量、循环以及安全性能，性能优异的隔膜对提高锂离子电池的综合性能具有重要的作用。
[0004]目前，现有的锂离子电池中，隔膜一般采用聚乙烯或聚丙烯类聚烯烃多孔膜，聚烯烃多孔膜的表面不含任何极性化学官能基团，表面能很低，且表现出表面化学惰性。在聚烯烃多孔膜于锂离子电池中使用时，其对电解液的浸润性较差，在锂离子电池组装工艺中，需要消耗大量的时间来等待电解液对聚烯烃基多孔膜的充分浸润，而且对锂离子的电导率较低，电化学阻抗较大。此外，聚烯烃多孔膜的熔点低于170℃，当锂离子电池的温度因内部或外部因素而升高时，聚烯烃多孔膜有可能发生收缩或熔融，此时会引起正极材料和负极材料之间的直接接触，导致锂离子电池短路，从而引起锂离子电池燃烧爆炸等意外事故的发生。
[0005]为了改善聚烯烃多孔膜对电解液的浸润性和热稳定性，相关技术中一般在聚烯烃多孔膜的单面或双面涂覆由无机陶瓷微粒和聚合物粘结剂组成的多孔活性层，无机陶瓷微粒通过聚合物粘接剂附着在聚烯烃多孔膜表面，利用多孔活性层的浸润性、热稳定性，能够提高聚烯烃多孔膜的浸润性，也能够抑制聚烯烃多孔膜的热收缩，提高锂离子电池性能和安全性。
[0006]但是，多孔活性层中的无机陶瓷微粒和聚烯烃多孔膜的界面粘接力较弱，无机陶瓷微粒很容易从聚烯烃多孔膜表面脱落，降低无机陶瓷微粒的使用效果，而且当锂离子电池的温度因内部或外部因素而升高时，无机陶瓷微粒和聚烯烃多孔膜之间的结合力不足以抵抗聚烯烃多孔膜受热时所产生的收缩应力，使得无机陶瓷微粒增强聚烯烃多孔膜的耐高温性有限，且在160℃时，聚烯烃多孔膜有超过30％的收缩率。如果想要提高无机陶瓷微粒的附着力，一般需要增加聚合物粘结剂的添加量，而聚合物粘结剂添加量的增加，会降低聚
烯烃基多孔膜对锂离子的电导率，影响锂离子电池动力学性能的发挥。因此，急需研究一种既能保持良好锂离子电导率、浸润性，又能够改善隔膜热稳定性的锂离子电池用隔膜，从而改善锂离子电池的安全性、放电倍率性、长期循环稳定性。

技术实现思路

[0007]为了在保持隔膜具有良好锂离子电导率、浸润性的基础上，改善隔膜的热稳定性，本申请提供一种锂离子电池用隔膜及制备方法和锂离子电池。
[0008]第一方面，本申请提供一种锂离子电池用隔膜，采用如下的技术方案：一种锂离子电池用隔膜，包括多孔性基材、固设在多孔性基材单侧或双侧的有机改性聚合物蜡涂层，所述有机改性聚合物蜡涂层远离多孔性基材的侧面固设有无机陶瓷涂层；所述有机改性聚合物蜡涂层的原料为改性聚合物蜡乳液，且以水作为分散溶剂，所述改性聚合物蜡乳液的固含量为10
‑
40wt％，以干料重量百分数计，所述改性聚合物蜡乳液由以下重量百分数的原料制备而成：表面含有接枝改性极性官能团的改性聚合物蜡颗粒80
‑
96％、水溶液型粘接剂3
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18％、水溶液型高分子增稠剂1
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2％；所述无机陶瓷涂层的原料为陶瓷浆料，且以水作为分散溶剂，所述陶瓷浆料的固含量为30
‑
45wt％，以干料重量百分数计，所述陶瓷浆料由以下重量百分数的原料制备而成：陶瓷微粒90
‑
98.5％、乳液型粘结剂0.5
‑
4.5％、水溶液型粘接剂0.5
‑
4.5％、水溶型高分子增稠剂0.5
‑
1％。
[0009]通过采用上述技术方案，不仅使隔膜具有良好的锂离子电导率，而且还具有良好的浸润性，电解液接触角为35
‑
37
°
，还提高隔膜的热稳定性，160℃/30min隔膜热收缩率在20％以下，有效地抵抗在高温下隔膜的收缩应力，提高锂离子电池的安全性和寿命，此外，还使锂离子电池的放电倍率性、1000次循环容量保持率，满足市场需求。
[0010]在多孔性基材的单侧或双侧设置有机改性聚合物蜡涂层、无机陶瓷涂层，且利用无机陶瓷涂层增加多孔性基材的热稳定性和浸润性，还利用有机改性聚合物蜡涂层增加隔膜对电解液亲和性，以及与无机陶瓷涂层之间的界面粘接性。由于没有采用增加聚合物粘接剂的添加量来提高无机陶瓷微粒和多孔性基材的界面粘接性，降低了因引入过多的聚合物粘接剂而使隔膜对锂离子电导率的影响。
[0011]在多孔性基材的单侧或双侧设置有机改性聚合物蜡涂层、无机陶瓷涂层，有机改性聚合物蜡涂层，一方面增加了界面粗糙度，可以产生更多的机械锚固作用；另一方面，有机改性聚合物蜡涂层的表面含有接枝改性极性官能团，增加了多孔性基材的表面化学极性，可以有效提高极性基团之间的相互作用力；同时，有机改性聚合物蜡涂层改变了无机陶瓷涂层和多孔性基材的接触界面，极大地改善了无机陶瓷涂层的附着力，其相互间产生的机械锚固、分子间作用力和氢键力构筑了更为稳固的界面粘接层，足以抵抗高温条件下隔膜的收缩应力，保持高温下隔膜的尺寸稳定性，充分发挥有机改性聚合物蜡涂层、无机陶瓷涂层的协同增效作用，提高隔膜的实用性，提高锂离子电池使用的安全性。
[0012]在改性聚合物蜡乳液中，聚合物蜡颗粒的表面含有接枝改性的极性官能团，极性官能团能够增加改性聚合物蜡颗粒表面的亲水性，且可以有效且稳定的分散在水中，形成改性聚合物蜡颗粒分散液。改性聚合物蜡颗粒材料化学及电学稳定性较高，其表面接枝改
性极性官能团的存在，使其具有特定的化学活性，而且还能够增加有机改性聚合物蜡涂层和无机陶瓷涂层的结合强度。利用有机改性聚合物蜡涂层、无机陶瓷涂层之间的协同作用，提高隔膜的热稳定性，也提高隔膜的实用性。
[0013]可选的，所述有机改性聚合物蜡涂层由改性聚合物蜡乳液涂覆在多孔性基材单侧或双侧后，经过烘干、表面功能处理得到；表面功能处理为电晕、等离子体、紫外光辐照中的一种。
[0014]通过采用上述技术方案，有机改性聚合物蜡涂层能够有效的增加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用隔膜，其特征在于：包括多孔性基材、固设在多孔性基材单侧或双侧的有机改性聚合物蜡涂层，所述有机改性聚合物蜡涂层远离多孔性基材的侧面固设有无机陶瓷涂层；所述有机改性聚合物蜡涂层的原料为改性聚合物蜡乳液，且以水作为分散溶剂，所述改性聚合物蜡乳液的固含量为10
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40wt%，以干料重量百分数计，所述改性聚合物蜡乳液由以下重量百分数的原料制备而成：表面含有接枝改性极性官能团的改性聚合物蜡颗粒80
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96%、水溶液型粘接剂3
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18%、水溶液型高分子增稠剂1
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2%；所述无机陶瓷涂层的原料为陶瓷浆料，且以水作为分散溶剂，所述陶瓷浆料的固含量为30
‑
45wt %，以干料重量百分数计，所述陶瓷浆料由以下重量百分数的原料制备而成：陶瓷微粒90
‑
98.5%、乳液型粘结剂0.5
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4.5%、水溶液型粘接剂0.5
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4.5%、水溶型高分子增稠剂0.5
‑
1%。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述有机改性聚合物蜡涂层由改性聚合物蜡乳液涂覆在多孔性基材单侧或双侧后，经过烘干、表面功能处理得到；表面功能处理为电晕、等离子体、紫外光辐照中的一种。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述改性聚合物蜡颗粒为改性聚乙烯蜡颗粒、改性聚丙烯蜡颗粒中的一种。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述改性聚合物蜡颗粒表面接枝改性的极性官能团包括氨基、亚氨基、羧基、羟基、胺基中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述改性聚合物蜡颗粒的平均粒度为0.1
‑
10μm，陶瓷微粒的平均粒度为0.1
‑
5.0μm。6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用隔膜，其特征在于：所述水溶液型粘接剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸锂、聚丙烯酸钙、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种；所述水溶液型高分子增稠剂为羧甲基纤维素钠、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、海藻酸钠中的一种或几种；乳液型粘结剂为苯丙乳液、丁苯乳液、醋酸乙烯酯共聚乳液、丙烯酸酯共聚乳液中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用隔膜，其特征在于：改性聚合物蜡颗粒采用以下方法制备：S1、将...

【专利技术属性】
技术研发人员：余康，方超，方园，郑君，
申请(专利权)人：深圳市旭然电子有限公司，
类型：发明
国别省市：