一种隔膜及其制备方法以及二次电池技术

本发明专利技术属于二次电池技术领域，尤其涉及一种隔膜及其制备方法以及二次电池，包括基膜和涂覆于基膜至少一表面的涂覆层，所述涂覆层包括陶瓷和纤维素，所述纤维素相对分子质量为50000～2500000，直径为500nm～10μm。本发明专利技术的一种隔膜，具有涂覆层，涂覆层包括纤维素和陶瓷，纤维素和陶瓷具有优异耐热性能，能长时间耐受230℃以及短时间耐受280℃高温，大大提高隔膜的耐热性；陶瓷对电解液具有浸润性，提高隔膜对电解液的保液性能，纤维素分子链上含有大量的极性基团对有机电解液体系和水具有良好的亲和性，使制备出的隔膜具有吸湿性能，减少制备过程中静电力对隔膜良率的影响，从而提高隔膜的产品质量。提高隔膜的产品质量。提高隔膜的产品质量。

【技术实现步骤摘要】
一种隔膜及其制备方法以及二次电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种隔膜及其制备方法以及二次电池。

技术介绍

[0002]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存在亲电解液性能、耐热性能不足的问题。为了改善聚烯烃隔膜的电解液浸润性和耐热性，目前主要的解决方案是在聚烯烃隔膜的单面或双面涂覆陶瓷复合聚丙烯酸脂类和PVDF粘结剂，这种做法是解决浸润性和耐热性最广泛的做法之一。但是，使用聚丙烯酸脂类粘结剂存在玻璃化转变温度低以及耐水性能差等问题，这些问题均限制了隔膜的耐热性能提升以及生产效率的提升。而PVDF目前原材料价格高昂、NMP难处理、隔膜静电力大等不利因素提高了生产和环境治理成本，同时强大的静电力影响后工序良品率。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种隔膜，解决现有聚烯烃隔膜无法兼具耐热性、浸润性、亲液性以及抗静电性的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种隔膜，包括基膜和涂覆于基膜至少一表面的涂覆层，所述涂覆层包括陶瓷和纤维素，所述纤维素的相对分子质量为50000～2500000，直径为500nm～10μm。
[0006]本专利技术的一种隔膜，具有涂覆层，涂覆层包括纤维素和陶瓷，纤维素和陶瓷具有优异的耐热性能，能长时间耐受230℃以及短时间耐受280℃高温，大大提高隔膜的耐热性；陶瓷对电解液具有浸润性，提高隔膜对电解液的保液性能，纤维素分子链上含有大量的极性基团对有机电解液体系和水具有良好的亲和性，使制备出的隔膜具有吸湿性能，能显著降低隔膜的静电，减少制备过程中静电力对隔膜良率的影响，从而提高隔膜的产品质量。本专利技术的纤维素使用非衍生化溶剂进行溶解，使纤维素以分子的形式进行溶解，提高纤维素的溶解性，而且溶解的纤维素具有更高的相对分子质量和更小的直径，使制备出隔膜具有更好的均一性以及耐热性能，不易堵孔。
[0007]优选地，所述纤维素包括纳米纤维素、纳米纤维素晶体、细菌纤维素、树木纤维素、竹子纤维素、棉花纤维素、剑麻纤维素、被囊素中的一种或多种。本专利技术的纤维素可以为合成纤维素也可以为天然纤维素，如：树木纤维素、竹子纤维素、棉花纤维素、剑麻纤维素、被囊素等天然绿色可再生纤维素，其热分解温度高达230℃、短时间能耐受280℃的高温，其相对分子质量为50000～2500000，直径为500nm～10μm。
[0008]优选地，所述基膜为聚乙烯隔离膜、聚丙烯隔离膜或者聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯复合隔离膜，熔点130～160℃，厚度为3～20μm，孔隙率在20～50％，透气度在30～400sec/100cc。设置一定的孔隙率和透气度，能够增加基膜对电解液的浸润性。
[0009]优选地，所述陶瓷的颗粒粒径为0.5～10μm，所述陶瓷包括SiO2、Al2O3、CaO、TiO2、MgO、ZnO、SnO2、ZrO2、AlOOH、Mg(OH)2、BaSO4中的一种或多种。陶瓷具有一定的颗粒粒径，能
够填充于纤维素之间，形成具有孔隙，从而使制备出的隔膜对电解液浸润性更好，而且陶瓷具有良好的耐热性，与纤维素配合，从而共同提高隔膜的耐热性能。
[0010]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种隔膜的制备方法，制备简单，操控性好。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]一种隔膜的制备方法，包括以下制备步骤：
[0013]步骤S1、称取氢氧化钠和尿素，量取去离子水，将氢氧化钠、尿素和去离子水混合得到溶解液，将溶解液降温冷却加入纤维素混合得到纤维素溶液；
[0014]步骤S2、选取陶瓷、分散剂和增稠剂，将陶瓷、分散剂和增稠剂加入纤维素溶液中混合得到涂覆浆料；
[0015]步骤S3、选取基膜，将涂覆浆料涂覆于基膜的一表面，过凝固浴，烘干得到隔膜。
[0016]传统对纤维素使用研磨，只能有限地将团聚的纤维素直径减少，但是由于直径较长，仍不足以溶解在水中，只能在水中分散存在，且分散效果不佳，容易在氢键的作用下重构，重新导致纤维素团聚，导致孔隙不均一和堵孔。由于纤维素本身耐水和耐有机溶剂，且在机械作用力下面也不能完全破坏分子之间的氢键，通过将纤维素置于“非衍生化溶剂”中，完全破坏纤维素分子之间的氢键，才能够将其溶解，并达到分散均匀的目的。本专利技术的隔膜的制备方法，使用非衍生化溶液对纤维素进行提取溶解，使纤维素能够以分子的形式溶解液于溶解中，避免分散后的纤维素在氢键作用下重构，减少纤维素的团聚，提高制备出隔膜的均一性，减少堵孔。其中，步骤S1中降温冷却的温度为
‑
22℃～
‑
12℃，此温度下纤维素的溶解度较高。步骤S3中烘干温度为50～60℃。
[0017]优选地，所述步骤S1中氢氧化钠、尿素和去离子水的重量份数比为5～10:10～20:70～80，纤维素和溶解液的重量份数比为1～3:8～15。由于纤维素分子链之间具有数量多且强的氢键使得纤维素成为一种不溶于水和有机溶剂的有机高分子。通过加入尿素、质子碱、纤维素甲酸酯来破坏纤维素分子之间的氢键来实现纤维素在水中的溶解。优选地，质子碱为氢氧化钠。若使用有机溶剂对纤维素进行溶解，则有机溶剂容易与纤维素反应生成不稳定的醚、酯或乙缩醛等共价衍生物的衍生化溶剂。
[0018]优选地，所述步骤S2中纤维素溶液、陶瓷、分散剂和增稠剂中的重量份数比为1～5:1～5:0.01～0.1:0.01～0.1。分散剂包括聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、离子型有硬脂酸，十二烷基磺酸钠、季铵化物；增稠剂包括聚甲基纤维素钠(CMC)、水性聚氨酯、聚丙烯酸酯等。根据使用情况调节组分用量，从而调节浆料的固含量。
[0019]优选地，所述步骤S3中过凝固浴依次包括四个过凝水槽，第一个过凝水槽装设有去离子水和乙醇以体积比为1～2：1～2的混合液，第二个过凝水槽装设有去离子水，第三个过凝槽装设有加热的去离子水，第四个过凝槽装设有乙醇溶液。第一个过凝水槽的目的是将溶解状态(流体)的纤维素析出(固态)；第二个过凝水槽和第三个过凝水槽的目的是将残留在纤维素中的尿素和氢氧化钠除去；第四个过凝水槽为置换纤维素涂层中水分的置换槽，目的是在替换掉水分后，在烘干的过程中不让纤维素发生氢键重构的团聚现象。在有水的情况下通过加热使其蒸发水分的过程中，因为水的表面能大，会使得纤维素分子之间又重新构建氢键而团聚，这种团聚会使得涂层更加致密，孔隙率大大降低。在经过凝固浴后，通过以下的有机溶剂，来置换在凝固浴中渗入涂层中的水分，由于有机溶剂的表面能小，能
减少纤维素的团聚。其中第三个过凝槽装设有加热的去离子水的温度为50～60℃。
[0020]本专利技术的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种二次电池，具有良好的耐热性和容量循环性能。
[0021]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隔膜，其特征在于，包括基膜和涂覆于基膜至少一表面的涂覆层，所述涂覆层包括陶瓷和纤维素，所述纤维素的相对分子质量为50000～2500000，直径为500nm～10μm。2.根据权利要求1所述的一种隔膜，其特征在于，所述纤维素包括纳米纤维素、纳米纤维素晶体、细菌纤维素、树木纤维素、竹子纤维素、棉花纤维素、剑麻纤维素、被囊素中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种隔膜，其特征在于，所述基膜为聚乙烯隔离膜、聚丙烯隔离膜或者聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯复合隔离膜，熔点130～160℃，厚度为3～20μm，孔隙率在20～50％，透气度在30～400sec/100cc。4.根据权利要求1或3所述的一种隔膜，其特征在于，所述陶瓷的颗粒粒径为0.5～10μm。5.根据权利要求4所述的一种隔膜，其特征在于，所述陶瓷包括SiO2、Al2O3、CaO、TiO2、MgO、ZnO、SnO2、ZrO2、AlOOH、Mg(OH)2、BaSO4中的一种或多种。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的一种隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：步骤S1、称取氢氧化钠和尿素，量取去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖旭伦，周家乐，孙先维，
申请(专利权)人：惠州锂威电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：