一种高阻燃锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高阻燃锂离子电池隔膜及其制备方法，包括以下步骤：S1：将芯材溶于超纯水中，加入碳酸钾，充分溶解，通入二氧化碳和氮气混合气体，持续通气2

【技术实现步骤摘要】
一种高阻燃锂离子电池隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池隔膜
，具体为一种高阻燃锂离子电池隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂电池作为新型的二次电池，具有高能量密度、循环寿命长等优点，其应用范围不断 扩展，被大量应用于便携式电子装置、储能和动力汽车中，尤其随着新能源行业的快速发 展，锂电池被越来越多的应用到动力汽车中。隔膜作为锂电池的重要组成部分，可以有效 防止正、负极接触发生短路，对锂电池的安全性具有非常重要的影响，因此，锂电池性能 的提升及安全性要求对隔膜的性能有着更高的要求。
[0003]聚烯烃隔膜是目前使用最为广泛的锂电池隔膜，但是，市场上现有的聚烯烃隔膜也存 在一些缺点：1.聚烯烃材料熔点很低，导致电池燃烧甚至爆炸；2.机械强度低，抗穿刺能 力差，易被刺穿造成电池正负极接触短路，形成热失控；3.对极片粘结性能差和亲电解液 性能不足，从而使得电池出现循环性能差、热稳定性能低、极片与隔膜界面不稳定、电池 硬度差、不利于加工与运输等一系列问题，限制了高性能超薄电池的发展以及电池能量密 度的提高。针对聚烯烃隔膜存在的问题，主要的解决方案是在聚烯烃隔膜的单面或双面涂 覆PVDF胶层，可以有效改善隔膜的粘结性，同时与电解液有良好的浸润性；而针对聚烯 烃隔膜机械性能与耐热性能差的问题，目前主要的解决方案是在聚烯烃隔膜的单面或双面 涂覆耐高温的陶瓷涂层，但是不能完全避免锂电池在高温下短路及其引发的自燃，因此， 需要进一步提高隔膜的耐热性能。因此，研制出高离子电导率、高机械强度、高粘结、高 阻燃、的锂离子电池隔膜便成为行业内共同追求的目标。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高阻燃锂离子电池隔膜及其制备方法，以解决上述背景技 术中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种高阻燃锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将芯材溶于超纯水中，搅拌均匀，超声分散，加入碳酸钾，通入二氧化碳和氮气 混合气体，持续通气4h后，过滤、收集沉淀物，用去离子水洗涤、干燥，即为碳酸氢钾 复合材料；
[0008]S2：将分散剂、碳酸氢钾复合材料在超纯水中搅拌均匀，加入增稠剂、粘结剂，搅拌 均匀，加入润湿剂、消泡剂，搅拌均匀，过滤除铁，即为涂覆浆料；
[0009]S3：采用微凹版辊涂布工艺，将涂覆浆料辊涂于聚烯烃隔膜两侧，经过烘烤过后收卷， 即为锂离子电池隔膜。
[0010]进一步优化的方案，所述涂覆浆料中还需加入PMMA粉体。
[0011]进一步优化的方案，所述涂覆浆料各组分包括，以质量百分比计：分散剂0.5
‑
1.7％、 PMMA粉体0
‑
16％、碳酸氢钾复合材料8
‑
45％、增稠剂6
‑
10％、粘结剂3
‑
6％、润湿剂0.1
‑
0.4％、 消泡剂0.05
‑
0.2％，其余为水。
[0012]进一步优化的方案，所述芯材为亲水处理的Al2O3。
[0013]进一步优化的方案，所述亲水处理的Al2O3制备方法为：将硅烷偶联剂KH
‑
550溶于无 水乙醇中，反应0.5
‑
1h后，加入Al2O3粉体，继续超声反应1
‑
2h后，干燥。
[0014]进一步优化的方案，所述分散剂为脂肪族酰胺类；所述增稠剂为羟甲基纤维素钠类； 所述粘结剂为聚丙烯酸类；所述润湿剂为烷基硫酸盐类；所述消泡剂为聚醚型。
[0015]进一步优化的方案，步骤S1中，二氧化碳和氮气的体积比为(60
‑
68)：(30
‑
35)。
[0016]进一步优化的方案，分散剂在超纯水中的转速为100
‑
400rpm，加入增稠剂的转速为 200
‑
500rpm，加入粘结剂的转速为250
‑
650rpm，加入润湿剂和消泡剂的转速为400
‑
800rpm。
[0017]1、本专利技术制备的涂覆浆料选用PMMA粉体包覆芯材，因为PMMA粉体为凝胶状，较软， 可以包覆在芯材表面，同时降低了成本，提高了粘极片的效果，芯材选择为核壳结构碳酸 氢钾和Al2O3的复合材料，Al2O3的引入提高了隔膜的机械强度以及热收缩性能，PMMA又俗 称亚克力胶，主要作用是提供粘结力，用于隔膜与极片的粘结，可以将PMMA牢牢包覆在 聚烯烃隔膜的表面,可以进一步优化其对极片的粘结性，提升了隔膜对极片的粘接性和电 解液浸润性，同时该策略还极大地改善了前期涂覆及后期电芯制作过程中PMMA粉体涂层 脱粉问题。此外芯材、PMMA粉体与具有阻燃性能的KHCO3三者可以协同作用，这进一步提 高了隔膜的耐热性能、机械性能以及热收缩性能。
[0018]2、本申请首先对Al2O3进行亲水处理，可以提高隔膜的浸润性，增强了电池隔膜的离 子电导率、吸液率和保液率，再将亲水处理过的Al2O3和碳酸氢钾制成核壳结构，使其成 为有序状态，直接共混，会造成无序状态，导致阻燃性下降，同时将混合气体通入时间设 置为4h，可以控制粒径以及分散均匀性，时间过长，粒子与粒子之间会发生聚集，影响 分散性，时间过短，包覆不完全，导致阻燃性下降。
[0019]3、本专利技术提供的复合隔膜，KHCO3的阻燃作用源于当温度升高到其分解温度时，KHCO3分解释放水蒸气和CO2，吸收潜热，冲淡了燃烧物表面附近氧气和可燃气体的浓度，使表 面燃烧难以进行；而表面形成的保护层阻止氧气和热量的进入，同时其分解生成的碳酸钾 具有良好的耐高温性能，可提高材料抵抗明火的能力。
[0020]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术制备的锂离子电池隔膜具有高 机械强度、高热收缩性能、高离子电导率、高电解液浸润性、高阻燃和高粘结等优点。
具体实施方式
[0021]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例 仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范 围。
[0022]实施例1:一种高阻燃锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0023]S1：将2mL的硅烷偶联剂KH
‑
550溶于250mL无水乙醇中，磁力搅拌30min，加入 0.7gAl2O3粉体，继续超声处理1h后，将混合溶液置于60℃的真空干燥箱中，干燥24h， 即为
亲水处理的Al2O3粉体；
[0024]S2：将2.23g的亲水处理后的Al2O3粉体和100mL的超纯水加入到500ml三口烧瓶中， 磁力搅拌1h，然后进行超声分散1.5h，得到分散均匀的Al2O3分散液；将117.75g碳酸钾 加入到Al2O3分散液中，磁力搅拌下使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阻燃锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将芯材溶于超纯水中，搅拌均匀，超声分散，加入碳酸钾，通入二氧化碳和氮气混合气体，持续通气4h后，过滤、收集沉淀物，用去离子水洗涤、干燥，即为碳酸氢钾复合材料；S2：将分散剂、碳酸氢钾复合材料在超纯水中搅拌均匀，加入增稠剂、粘结剂，搅拌均匀，加入润湿剂、消泡剂，搅拌均匀，过滤除铁，即为涂覆浆料；S3：采用微凹版辊涂布工艺，将涂覆浆料辊涂于聚烯烃隔膜两侧，经过烘烤过后收卷，即为锂离子电池隔膜。2.根据权利要求1中所述的一种高阻燃锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述涂覆浆料中还需加入PMMA粉体。3.根据权利要求2所述的一种高阻燃锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述涂覆浆料各组分包括，以质量百分比计：分散剂0.5
‑
1.7％、PMMA粉体0
‑
16％、碳酸氢钾复合材料8
‑
45％、增稠剂6
‑
10％、粘结剂3
‑
6％、润湿剂0.1
‑
0.4％、消泡剂0.05
‑
0.2％，其余为水。4.根据权利要求1中所述的一种高阻燃锂离子电池隔膜的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帆，张立斌，陈朝辉，贡晶晶，
申请(专利权)人：江苏厚生新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：