磷氮硅改性陶瓷粉体及其应用制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池隔膜材料技术领域，公开了一种磷氮硅改性陶瓷粉体。将陶瓷粉体分散在去离子水中，加入氨丙基硅烷偶联剂甲苯溶液，升温至回流温度，反应一段时间T1后，降温至室温，然后加入氯膦酸二苯酯、三乙胺和甲苯的混合溶液，继续反应一段时间T2；反应浆料经过滤后，洗涤、烘干固相，得到磷氮硅改性陶瓷粉体。磷氮硅改性陶瓷粉体具有更高的热稳定性，将磷氮硅改性陶瓷粉体涂布在聚乙烯隔膜上能够提高隔膜的热稳定性，150℃热收缩率低于3%。本发明专利技术另提供了磷氮硅改性陶瓷粉体在浆料、隔膜和锂离子电池上的应用。膜和锂离子电池上的应用。

【技术实现步骤摘要】
磷氮硅改性陶瓷粉体及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池隔膜材料
，具体涉及改性陶瓷粉体、包含改性陶瓷粉体的隔膜以及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池是电动汽车的主要动力来源，在3C、储能、动力等领域的应用也十分广泛。锂离子电池的结构中，隔膜是关键的组件之一。隔膜主要起着传导锂离子和阻隔正负极接触的作用。现有的商业化隔膜主要由聚乙烯、聚丙烯组成。随着电池能量密度的提升，对隔膜的要求也越来越高，普通的隔膜渐渐难以满足要求。应用陶瓷涂层改性隔膜，是提高隔膜性能的方法之一。陶瓷涂层通常是由含陶瓷和粘结剂的浆料通过涂布而成，涂层中的孔结构一般为无规则小孔，孔径为几纳米到几十纳米。陶瓷涂层具有高的热稳定性，经过陶瓷涂层涂布的聚烯烃隔膜热稳定性得到提升。
[0003]公开号为CN109103397A的专利文献公开了一种锂离子电池用陶瓷涂覆隔膜的制备方法，改善隔膜的热稳定性、吸电解液率、涂层脱落、掉粉、陶瓷颗粒易团聚等问题，采用非球形、多粒径的陶瓷颗粒，提供低密度、高孔隙率的陶瓷涂层，可提高陶瓷涂覆隔膜的吸液率，加大锂离子导通性，最终提升锂电池的倍率性能和循环寿命；配制陶瓷涂层浆料时，添加分散剂防止陶瓷颗粒团聚；添加润湿剂增大陶瓷颗粒的界面张力，提高陶瓷浆料亲水性和与聚烯烃微孔膜之间润湿性；添加防沉剂防止陶瓷浆料静置存放时过快沉降；添加消泡剂减少陶瓷浆料中泡沫数量；在聚合物多孔基膜与陶瓷涂层之间涂覆聚合物胶液提高基膜与陶瓷颗粒之间的粘结强度，避免了掉粉和涂层脱落的问题。
[0004]公开号为CN107195837A的专利文献公开了一种陶瓷隔膜，在隔膜基材表面涂布一层涂覆浆料形成保护层，涂覆浆料采用具有空心球或空心管结构的陶瓷粉体，同时添加阻燃剂存储与陶瓷粉体颗粒的空腔内，一起包覆于粘结剂中。
[0005]隔膜需要良好的透气性以保证锂离子的通过，由于陶瓷涂层为无机颗粒，不能累积密集，通常陶瓷涂层需要低密度高孔隙率以保证隔膜的透气性，但低密度的涂层对隔膜的热稳定性提高不明显，其在高温情况下容易收缩，影响电池的安全性能。

技术实现思路

[0006]针对陶瓷涂覆隔膜面临的透气性和热稳定性不能兼得的技术问题，本专利技术的首要目的是提供一种磷氮硅改性陶瓷粉体。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供一种具有优良透气性和热稳定性的隔膜。
[0008]本专利技术的再一目的是提供上述隔膜在锂离子电池中的应用。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供以下具体的技术方案。
[0010]首先，本专利技术提供一种磷氮硅改性陶瓷粉体，通过以下方法制备得到：将陶瓷粉体分散在去离子水中，加入氨丙基硅烷偶联剂甲苯溶液，升温至回流温度，反应一段时间T1后，降温至室温，然后加入氯膦酸二苯酯、三乙胺和甲苯的混合溶液，继
续反应一段时间T2；反应浆料经过滤后，洗涤、烘干固相，得到磷氮硅改性陶瓷粉体。
[0011]进一步地，在本专利技术的部分优选实施方式中，所述陶瓷粉体选自高岭土、水滑石、埃洛石、氢氧化铝、氧化铝、氧化硅、氢氧化镁、勃姆石、海泡石中的至少一种。进一步优选所述陶瓷粉体的粒径为0.1~10μm。
[0012]进一步地，在本专利技术的部分优选实施方式中，所述氨丙基硅烷偶联剂为γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、N
‑
β（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、N
‑
β（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N
‑
β（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑
β（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。
[0013]进一步地，在本专利技术的部分优选实施方式中，氨丙基硅烷偶联剂甲苯溶液中氨丙基硅烷偶联剂的质量浓度为5%
‑
50%，余量为甲苯；氯膦酸二苯酯、三乙胺和甲苯的混合溶液中，氯膦酸二苯酯的质量浓度为5%
‑
60%，三乙胺的质量浓度为5%
‑
60%。
[0014]进一步地，在本专利技术的部分优选实施方式中，氨丙基硅烷偶联剂甲苯溶液的加入量为陶瓷粉体质量的1~2倍，氯膦酸二苯酯、三乙胺和甲苯的混合溶液的加入量为陶瓷粉体质量的1/10~1/2。
[0015]进一步地，在本专利技术的部分优选实施方式中，所述回流温度为100℃~150℃。
[0016]进一步地，在本专利技术的部分优选实施方式中，所述T1为0.5~3h，所述T2为0.5~3h。
[0017]进一步地，在本专利技术的部分优选实施方式中，所述烘干温度为40
‑
150℃，烘干时间为5~24h。
[0018]此外，本专利技术提供一种陶瓷涂层浆料，包括上述的磷氮硅改性陶瓷粉体。
[0019]在本专利技术的部分优选实施方式中，所述陶瓷涂层浆料还包括消泡剂、分散剂、粘结剂和去离子水。
[0020]进一步优选，所述陶瓷涂层浆料包括：按照质量分数，磷氮硅改性陶瓷粉体80~90份，消泡剂0.1~2份，分散剂0.1~5份，粘结剂1~20份，去离子水25~400份。
[0021]进一步地，在本专利技术的部分优选实施方式中，所述消泡剂为聚硅氧烷、丙烯酸酯共聚物、钛酸酯中的至少一种。
[0022]进一步地，在本专利技术的部分优选实施方式中，所述的分散剂为聚丙烯酸钠、聚乙二醇、甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、铵盐分散剂中的至少一种。
[0023]进一步地，在本专利技术的部分优选实施方式中，所述的粘结剂为聚偏氟乙烯（PVDF）、丙烯酸酯
‑
丙烯腈聚合物、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚丙烯酸
‑
苯乙烯、聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、丁苯橡胶（SBR）和羧甲基纤维素钠（CMC）中的至少一种。
[0024]本专利技术也提供一种锂离子电池隔膜，由上述的陶瓷涂层浆料涂布在隔膜基体上得到。
[0025]进一步地，所述涂布方式为凹版涂布、喷涂或转移涂布。
[0026]进一步地，所述涂布的速度为1~60m/min，涂层厚度为1~12μm。
[0027]本专利技术也提供一种锂离子电池，包括上述的锂离子电池隔膜。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：相比于氧化铝等陶瓷粉体，磷氮硅改性陶瓷粉体具有更高的热稳定性，将磷氮硅改性陶瓷粉体涂布在隔膜上能够提高隔膜的热稳定性，150℃热收缩率低于3%。
[0029]现有技术通常将陶瓷隔膜的陶瓷层有意或无意地制成低密度高孔隙率，尽管这样
可以大大增加陶瓷隔膜的透气性，但难以耐高温，在130℃以上通常会发生明显的热收缩而影响电池的安全性能。相比于氧化铝等陶瓷粉体，经过磷氮硅改性以后，热稳定性大大提高，因此在相同面密度涂覆的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷氮硅改性陶瓷粉体，其特征在于，通过以下方法制备得到：将陶瓷粉体分散在去离子水中，加入氨丙基硅烷偶联剂甲苯溶液，升温至回流温度，反应一段时间T1后，降温至室温，然后加入氯膦酸二苯酯、三乙胺和甲苯的混合溶液，继续反应一段时间T2；反应浆料经过滤后，洗涤、烘干固相，得到磷氮硅改性陶瓷粉体。2.如权利要求1所述的磷氮硅改性陶瓷粉体，其特征在于，所述陶瓷粉体选自高岭土、水滑石、埃洛石、氢氧化铝、氧化铝、氧化硅、氢氧化镁、勃姆石、海泡石中的至少一种；所述陶瓷粉体的粒径为0.1~10μm；所述氨丙基硅烷偶联剂为γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、N
‑
β（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、N
‑
β（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N
‑
β（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑
β（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的磷氮硅改性陶瓷粉体，其特征在于，氨丙基硅烷偶联剂甲苯溶液中氨丙基硅烷偶联剂的质量浓度为5%
‑
50%，余量为甲苯；氯膦酸二苯酯、三乙胺和甲苯的混合溶液中，氯膦酸二苯酯的质量浓度为5%
‑
60%，三乙胺的质量浓度为5%
‑
60%，余量为甲苯；氨丙基硅烷偶联剂甲苯溶液的加入量为陶瓷粉体质量的1~2倍；氯膦酸二苯酯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：林月，程昀，汤依伟，郑世林，雷桂斌，林其涛，
申请(专利权)人：广东萨菲安新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：