对位芳纶隔膜浆料、对位芳纶隔膜及其制备方法、锂电池技术

本申请实施例提供一种对位芳纶隔膜浆料、对位芳纶隔膜及其制备方法、锂电池，涉及电池领域。隔膜浆料的组分包括对位芳纶；质子供体；溶剂，溶剂包含非质子型强极性溶剂，非质子型强极性溶剂占溶剂的体积百分比为50％～100％；以及助溶物质，助溶物质包含碱。本申请实施例的隔膜浆料可以很好地固化形成性能稳定的芳纶隔膜，形成的芳纶隔膜具有良好的力学性能，能减少电池内部短路的情况发生。能减少电池内部短路的情况发生。能减少电池内部短路的情况发生。

【技术实现步骤摘要】
对位芳纶隔膜浆料、对位芳纶隔膜及其制备方法、锂电池


[0001]本申请涉及电池领域，具体而言，涉及一种对位芳纶隔膜浆料、对位芳纶隔膜及其制备方法、锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池容易发生燃烧和爆炸；例如，在碰撞等非正常使用的条件下，锂离子电池的正负极会破坏两者之间的隔膜并直接接触，从而发生短路，会造成热失控甚至自燃或爆炸等更严重的后果。因此，隔膜需要具有良好的力学性能，以抵御外界的破坏；而且隔膜还不能太厚，否则锂离子通过的路径就会变长，这会导致锂离子电池的电化学性能变差。
[0003]对位芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)具有非常优异的力学性能以及耐热性能(分解温度在550℃以上)，而且它还是一种阻燃材料，不易燃烧。基于以上的优点，使用溶解有对位芳纶的隔膜浆料制备锂电池隔膜成为了研究的重要方向。
[0004]但是对位芳纶浆料的成膜一直是难以解决的技术问题。对位芳纶难以溶解，不利于成膜；而且由于对位芳纶中具有不同分子量的聚合体，甚至可能还会共聚有一些其它的单元，所以即使对位芳纶在溶解形成浆料涂布，并使用诸如非溶剂诱导相分离、蒸汽诱导相分离等常用的成膜方法固化成膜后，固化膜也难以稳定形成传输锂离子的孔隙，不同批次的隔膜性能差异较大。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的在于提供一种对位芳纶隔膜浆料、对位芳纶隔膜及其制备方法、锂电池，该对位芳纶隔膜浆料可以很好地固化形成性能稳定的芳纶隔膜，形成的芳纶隔膜具有良好的力学性能，能减少电池内部短路的情况发生。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种对位芳纶隔膜浆料，其组分包括对位芳纶；质子供体；溶剂，溶剂包含非质子型强极性溶剂，非质子型强极性溶剂占溶剂的体积百分比为50％～100％；以及助溶物质，助溶物质包含碱。
[0007]在上述技术方案中，通过碱、质子供体和非质子型强极性溶剂的共同作用，能够快速有效地溶解对位芳纶，不同批次的对位芳纶隔膜浆料固化后，容易形成性能差异性小的隔膜。
[0008]在一种可能的实现方式中，对位芳纶占溶剂的质量百分比不大于4％。
[0009]在上述技术方案中，将对位芳纶占溶剂的质量百分比控制在4％以内时，对位芳纶在溶剂中的溶解度好，形成的对位芳纶隔膜浆料粘稠度适合涂布，以保证隔膜后续的成孔和加工性能。
[0010]在一种可能的实现方式中，非质子型强极性溶剂包括二甲基亚砜、N，N
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二甲基乙酰胺、N
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甲基吡咯烷酮、N，N
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二甲基甲酰胺中的至少一种；
[0011]和/或，对位芳纶选自美国杜邦公司的Kevlar对位芳纶、日本帝人公司的Twaron对位芳纶、中国山东泰和公司的泰普龙对位芳纶、日本帝人公司的Technora杂环芳纶、含有对
苯二甲酰对苯二胺结构的均聚聚酰胺以及含有对苯二甲酰对苯二胺结构的共聚聚酰胺中的至少一种；
[0012]和/或，对位芳纶的形态包括浆粕、长纤、短纤中的至少一种。
[0013]在一种可能的实现方式中，质子供体包括水或有机质子酸中的一种或两种；可选地，有机质子酸包括含有
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COOH基团的有机物、含有
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SO3H基团的有机物、含有
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H2PO4基团的有机物、甲醇、乙醇中的至少一种；进一步可选的，含有
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COOH基团的有机物包括己二酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸、马来酸、酒石酸中的至少一种。
[0014]在一种可能的实现方式中，质子供体占溶剂的质量百分比为0.01％～20％。
[0015]在一种可能的实现方式中，助溶物质满足以下条件(a)～(b)中的一项：(a)助溶物质包括NaH、KH、t
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BuOK、KOH中的至少一种；(b)助溶物质由盐和碱组成，其中盐包括LiCl、NaCl、KCl、CaCl2中的至少一种，碱包括NaH、KH、t
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BuOK、KOH中的至少一种，其中盐占助溶物质的摩尔百分比为1％～50％。
[0016]在一种可能的实现方式中，助溶物质的质量为对位芳纶的质量的40％～500％。
[0017]第二方面，本申请实施例提供了一种对位芳纶隔膜的制备方法，其包括以下步骤：在基膜的至少一表面涂布上述任一项的对位芳纶隔膜浆料形成复合膜，然后使复合膜上的对位芳纶隔膜浆料发生相分离和固化。
[0018]在一种可能的实现方式中，采用热诱导相分离、非溶剂诱导相分离、蒸汽诱导相分离中的一种方式使对位芳纶隔膜浆料发生相分离和固化。
[0019]在一种可能的实现方式中，采用非溶剂诱导相分离的方式使复合膜上的对位芳纶隔膜浆料发生相分离和固化，其包括以下步骤：将复合膜置于凝固浴中，直至对位芳纶隔膜浆料固化；可选地，凝固浴的温度为50～400℃。
[0020]在一种可能的实现方式中，当对位芳纶隔膜浆料中的对位芳纶占溶剂的质量百分比大于2％且不大于4％时，对位芳纶隔膜浆料的粘度在312cP以内；或当对位芳纶隔膜浆料中的对位芳纶占溶剂的质量百分比不大于2％时，对位芳纶隔膜浆料的粘度在48cP以内。
[0021]在一种可能的实现方式中，将复合膜置于凝固浴中的步骤包括：先将复合膜置于非质子型强极性溶剂中，然后将复合膜置于水中；或将复合膜置于非质子型强极性溶剂中；可选地，非质子型强极性溶剂包括二甲基亚砜、N，N
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二甲基乙酰胺、N
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甲基吡咯烷酮、N，N
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二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0022]在一种可能的实现方式中，采用蒸汽诱导相分离的方式使对位芳纶隔膜浆料发生相分离和固化，其包括以下步骤：将至少一表面涂布有对位芳纶隔膜浆料的基膜放置于蒸汽浴中，直至对位芳纶隔膜浆料固化；可选地，蒸汽浴的温度为60～200℃。
[0023]在一种可能的实现方式中，当对位芳纶隔膜浆料中的对位芳纶占溶剂的质量百分比大于2％且不大于4％时，对位芳纶隔膜浆料的粘度在582cP以内。
[0024]第三方面，本申请实施例提供了一种对位芳纶隔膜，其是由上述任一项的对位芳纶隔膜的制备方法制得的。
[0025]在上述技术方案中，使用上述制备方法得到的对位芳纶隔膜，其力学性能优异，且能稳定成孔，性能温度。
[0026]第四方面，本申请实施例提供了一种锂电池，其包括正极、负极、第三方面的对位芳纶隔膜，对位芳纶隔膜位于正极和负极之间。
[0027]在上述技术方案中，使用上述的对位芳纶隔膜的锂电池，不容易发生自燃或爆炸事故。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0029]图1为本申请提供的对位芳纶的溶解过程示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对位芳纶隔膜浆料，其特征在于，其组分包括：对位芳纶；质子供体；溶剂，所述溶剂包含非质子型强极性溶剂，所述非质子型强极性溶剂占所述溶剂的体积百分比为50％～100％；以及助溶物质，所述助溶物质包含碱。2.根据权利要求1所述的对位芳纶隔膜浆料，其特征在于，所述对位芳纶占所述溶剂的质量百分比不大于4％。3.根据权利要求1所述的对位芳纶隔膜浆料，其特征在于，所述非质子型强极性溶剂包括二甲基亚砜、N，N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、N，N
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二甲基甲酰胺中的至少一种；和/或，所述对位芳纶选自美国杜邦公司的Kevlar对位芳纶、日本帝人公司的Twaron对位芳纶、中国山东泰和公司的泰普龙对位芳纶、日本帝人公司的Technora杂环芳纶、含有对苯二甲酰对苯二胺结构的均聚聚酰胺以及含有对苯二甲酰对苯二胺结构的共聚聚酰胺中的至少一种；和/或，所述对位芳纶的形态包括浆粕、长纤、短纤中的至少一种。4.根据权利要求1所述的对位芳纶隔膜浆料，其特征在于，所述质子供体包括水或有机质子酸中的一种或两种；可选地，所述有机质子酸包括含有
‑
COOH基团的有机物、含有
‑
SO3H基团的有机物、含有
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H2PO4基团的有机物、甲醇、乙醇中的至少一种；进一步可选的，所述含有
‑
COOH基团的有机物包括己二酸、柠檬酸、乳酸、苹果酸、马来酸、酒石酸中的至少一种。5.根据权利要求1或4所述的对位芳纶隔膜浆料，其特征在于，所述质子供体占所述溶剂的质量百分比为0.01％～20％。6.根据权利要求1所述的对位芳纶隔膜浆料，其特征在于，所述助溶物质满足以下条件(a)～(b)中的一项：(a)所述助溶物质包括NaH、KH、t
‑
BuOK、KOH中的至少一种；(b)所述助溶物质由盐和碱组成，其中所述盐包括LiCl、NaCl、KCl、CaCl2中的至少一种，所述碱包括NaH、KH、t
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BuOK、KOH中的至少一种，其中盐占所述助溶物质的摩尔百分比为1％～50％。7.根据权利要求1或6所述的对位芳纶隔膜浆料，其特征在于，所述助溶物质的质量为所述对位芳纶的质量的40％～500％。8.一种对位芳纶隔膜的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹大为，周广盖，蒋广翔，陈永乐，廖晨博，马芸，孙照伟，李文强，崔如玉，庄志，程跃，
申请(专利权)人：上海恩捷新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：