锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料及其制备方法技术

本发明专利技术属于新能源锂离子电池隔膜技术领域，具体涉及一种锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料及其制备方法，以具有较好稳定性的极性基团包覆的聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯共聚物乳液为主材，以高粘结的聚合物乳液为辅材，进行优势互补，在保证粘结力的同时增强浆料体系稳定性；同时主材中引入导电型聚合物，可以提高隔膜离子电导率；同时本发明专利技术利用乳液本身较稳定的特点，可不添加或添加少量助剂，用简单机械搅拌就可以得到高稳定性的水性聚合物浆料，制备工艺简单高效。效。

【技术实现步骤摘要】
锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料及其制备方法


[0001]本专利技术属于新能源锂离子电池隔膜
，具体涉及一种锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂电池由正负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳材料组成。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，隔膜在锂电池中的主要功能为：
①
将正负极隔开，防止电池内部短路；
②
允许锂离子通过，具有锂离子传输的通道；
③
保持电解液，形成离子通道，而本身不参与电池内电化学反应，高度弯曲的通道也可以防止枝晶生长。由于正极材料的强氧化性、负极材料的强还原性、工作电压高等特点，要求隔膜具有优异的电绝缘性、化学稳定性、耐热性、足够的机械强度等性能，同时要求隔膜能够快速被电解液润湿，保液性能好，而且具有内阻小、熔断隔离性等特点，以上隔膜的要求是影响电池容量、循环能力、安全性能的重要决定因素。
[0003]目前市场，常用锂电隔膜为以聚乙烯或聚丙烯材料为基材的多孔拉伸隔膜，但这些类材质和工艺的隔膜孔隙率较低，熔点较低，机械强度差，吸液率较低，安全性能差。为了增加隔膜的安全性能和耐热性能，目前市场上常规锂离子电池隔膜是通过将无机陶瓷涂覆在聚烯烃隔膜上形成耐高温涂层，以提升聚烯烃隔膜的耐高温性能和安全性能等。但是无机耐高温陶瓷颗粒涂覆膜虽然耐高温性能突出，但是隔膜涂层与电极间的粘结性能较差，隔膜内阻较大，在锂电池循环过程中容易造成隔膜与极片脱离而产生系列副反应，影响电池的长循环性能。为解决陶瓷涂覆膜与极片界面粘结力不足的问题，市场逐渐涌现了以PVDF
‑
HFP聚合物为主材的涂胶隔膜。
[0004]涂胶隔膜可根据浆料溶剂的不同分为水性和油性两种。专利US 7662517和US 7704641以及US 2010/0330268均描述了油性PVDF共聚物浆料的配方工艺，其涂层均展现良好的粘结性能，但是有机溶剂浆料配方工艺还存在若干问题。传统油系涂覆隔膜涂布工艺中需要大量有机溶剂，且有机溶剂通常是有毒、易燃，具有挥发性的，并且涉及特殊的制造控制措施。由于油系涂覆存在的问题，水性聚合物涂膜因为环境友好、产品透气性高、工艺简单等优点，得到市场和各厂家的青睐。
[0005]专利US61/601278中在聚偏二氟乙烯共聚物乳液中通过将无机颗粒和其他助剂共混来获得可以直接涂布的水性聚合物浆料，但其涂层粘结强度较差，容易出现掉粉现象；另外一方面，无机陶瓷颗粒为非导电成分，隔膜离子导电率低，电池内阻大。
[0006]专利CN108305977A中涂层由水性胶黏剂和粘结性聚合物粉末组成，减少了传统的纳米级粘结性聚合物粉末颗粒所形成的多层紧密堆积结构对透气值的影响，但此聚合物具有疏水性，需要再乳化过程，浆料制备工艺复杂和稳定性差的缺点还未解决。
[0007]综上可知，锂电隔膜用水性聚合物浆料在粘结强度、离子电导率和浆料稳定方面的问题还没有解决，所以，亟需解决上述浆料稳定性和离子电导率低的问题，从而获得锂电
隔膜用高稳定性和强离子电导率的水性聚合物浆料。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料及其制备方法，通过在聚合过程就引入极性官能团和导电聚合物，来解决目前锂离子电池隔膜用水性PVDF浆料存在的浆料体系储存稳定性差、离子导电性差的问题。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0010]本专利技术所述的锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料，以极性基团包覆的聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯共聚物乳液为主材，以高粘结的聚合物乳液为辅材，在所述主材中引入导电聚合物。
[0011]所述的锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料，以重量份数计，包括以下成分：主材乳液60
‑
95份；导电聚合物颗粒1
‑
5份；辅材乳液5
‑
55份；润湿剂：0
‑
2份。
[0012]其中：
[0013]聚合物主材为用极性基团包覆的聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯共聚物的均匀性乳液(如：偏氟乙烯
‑
三氟乙烯共聚物、偏氟乙烯
‑
四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯
‑
六氟乙烯共聚物或偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物中的一种或者多种)，优选为聚偏氟乙烯共聚物乳液。
[0014]聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯共聚物聚合反应过程中加入具有极性官能团的表面活性剂制得，极性官能团优选为羧基、磺酸基、羟基、酰胺基、醚键或氨基中的一种或者多种。聚合反应过程中加入极性官能团的表面活性剂，表面活性剂随着乳胶颗粒的增大而不断吸附在颗粒表面，可以使得官能团更加均匀的包裹在乳胶粒表面。
[0015]优选地，导电聚合物为聚苯胺、聚苯乙炔、聚噻吩或聚乙炔中的一种或多种。
[0016]优选地，辅材乳液中的高粘结的聚合物为聚四氟乙烯、氟橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、顺丁橡胶、聚丙烯腈、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯或聚醋酸乙烯酯中的一种或多种。
[0017]优选地，润湿剂为聚氧乙烯烷基胺，氟代烷基甲氧基醇醚、烷基萘磺酸钠、芳基萘磺酸钠、烷基苯磺酸钠或烷基硫酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或者多种。
[0018]优选地，主材乳液粒径为0.01
‑
0.5μm，辅材乳液粒径为：0.01
‑
0.2μm，导电聚合物粒径为0.01
‑
0.5μm。
[0019]优选地，主材乳液固含量为20
‑
50％，更优选为20
‑
35％，辅材乳液固含量为10
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70％，更优选为5
‑
15％，成品浆料固含量为0.1
‑
20％，更优选为5
‑
15％。
[0020]本专利技术所述的锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)极性官能团包覆乳胶粒制备：在聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯共聚物聚合过程中，采用多次加入含有羧基、磺酸基、羟基、酰胺基、醚键或氨基极性基团的表面活性剂，伴随聚合的搅拌过程充分包裹到聚合物颗粒表面，形成均匀性和一致性更好的乳液；
[0022](2)导电主材乳液配置：首先在固含量为20
‑
50％的聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯
或聚偏氟乙烯共聚物乳液主材中加入导电聚合物颗粒，低速搅拌均匀，加入去离子水将固含量调整到2
‑
20％，机械搅拌10
‑
30min，转速500
‑
3000rpm(转速过高易破乳，颗粒团聚，转速过低，分散效果不佳)，乳液粒径分散均匀；
[0023](3)辅材乳液配置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料，其特征在于：以极性基团包覆的聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯共聚物乳液为主材，以高粘结的聚合物乳液为辅材，在所述主材中引入导电聚合物。2.根据权利要求1所述的锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料，其特征在于：以重量份数计，包括以下成分：主材乳液60
‑
95份；导电聚合物颗粒1
‑
5份；辅材乳液5
‑
55份；润湿剂：0
‑
2份。3.根据权利要求1所述的锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料，其特征在于：主材乳液为聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯共聚物聚合反应过程中加入具有极性官能团的表面活性剂制得。4.根据权利要求3所述的锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料，其特征在于：极性官能团为羧基、磺酸基、羟基、酰胺基、醚键或氨基中的一种或者多种。5.根据权利要求1所述的锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料，其特征在于：聚偏氟乙烯共聚物为偏氟乙烯
‑
三氟乙烯共聚物、偏氟乙烯
‑
四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯
‑
六氟乙烯共聚物或偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物中的一种或者多种。6.根据权利要求1所述的锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料，其特征在于：导电聚合物为聚苯胺、聚苯乙炔、聚噻吩或聚乙炔中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的锂电隔膜用高稳定性强离子电导率水性聚合物浆料，其特征在于：辅材乳液中的高粘结的聚合物为聚四氟乙烯、氟橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、顺丁橡胶、聚丙烯腈、乙烯
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【专利技术属性】
技术研发人员：王汉利，李玲，唐妮，杜延华，李秀芬，汤超，张鹏，王冰涛，
申请(专利权)人：山东华夏神舟新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：