一种复合离子导体涂胶涂层的隔膜及其制备方法和钠电池技术

本发明专利技术公开了一种复合离子导体涂胶涂层的隔膜及其制备方法和钠电池，复合离子导体涂胶涂层的隔膜包括：基膜，涂覆于基膜一侧或两侧的固态电解质涂层，以及涂覆于固态电解质涂层外表面的胶层；固态电解质涂层包括：固态电解质颗粒、第一分散剂、第一粘结剂、第一润湿剂和第一助剂；固态电解质颗粒包括：β

【技术实现步骤摘要】
一种复合离子导体涂胶涂层的隔膜及其制备方法和钠电池


[0001]本专利技术涉及钠电池材料
，特别涉及一种复合离子导体涂胶涂层的隔膜及其制备方法和钠电池。

技术介绍

[0002]钠离子电池虽然在能量密度方面相比锂离子电池相对较低，但是钠资源在地球中的储量丰富程度远胜于锂，带来电池成本的极大缩减，因此钠离子电池作为锂离子电池的强势竞争产品之一，近年来得到日益广泛的开发和利用。
[0003]然而，钠离子电池在应用过程中同样存在热安全问题，引发了消费者的担忧。特别是在受热、跌落、碰撞等条件下，钠离子的隔膜可能会受热收缩，无法物理隔绝电池正极和负极，导致电池容易短路，正负极直接接触发生剧烈的电化学反应，放出大量热量，从而引发热失控。使用固态电解质涂层对隔膜进行保护，可以提升隔膜的抗热缩性能，然而更高的温度下，例如＞130℃的情况下，仍然会不可避免地发生不同程度的热收缩，增加电池内短路的隐患。因此，需要开发一种抗热缩性更好的隔膜来解决钠离子电池的安全性问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供的一种复合离子导体涂胶涂层的隔膜及其制备方法和钠电池，首先在基膜至少一侧的表面涂覆固态电解质涂层，再在固态电解质涂层涂至少一侧的表面涂覆胶层，得到复合离子导体涂胶涂层的隔膜，胶层可以进一步提升隔膜的抗热缩性；同时，本专利技术制备得到的复合离子导体涂胶涂层隔膜还可以利用热压化成工艺，将胶层中的胶粒与正负极粘合在一起，形成一体化结构，改善与极片的接触，减小电阻，提升热安全性，降低锂电池内部的阻抗，提高长循环过程中的容量保持率。
[0005]本专利技术实施例提供的一种复合离子导体涂胶涂层的隔膜的制备方法，制备方法简单，工艺成熟，可以与钠电池现有的生产工艺相兼容。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种复合离子导体涂胶涂层的隔膜，所述隔膜包括：基膜，涂覆于基膜一侧或两侧的固态电解质涂层，以及涂覆于所述固态电解质涂层外表面的胶层；
[0007]所述固态电解质涂层包括：固态电解质颗粒、第一分散剂、第一粘结剂、第一润湿剂和第一助剂；所述固态电解质颗粒包括：β
‑
Al2O3、Na
1+x
Zr2S i
x
P3‑
x
O
12
、Na3PS4、Na2S
‑
P2S5中的一种或多种，其中，0≤x≤3；所述固态电解质颗粒的粒径Dv50为200nm
‑
2μm；
[0008]所述胶层包括：胶粒、第二粘结剂、第二分散剂、第二润湿剂和第二助剂；其中，所述胶粒包括：聚偏氟乙烯PVDF、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物PVDF
‑
HFP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA中的一种或多种。
[0009]优选的，所述基膜包括：聚烯烃膜、无纺布隔膜、纤维隔膜、聚芳纶隔膜中的一种或多种的复合膜；
[0010]所述基膜的厚度为3μm
‑
20μm；
[0011]所述固态电解质涂层的厚度为1μm
‑
4μm；
[0012]所述胶层的厚度为0.5μm
‑
2μm。
[0013]优选的，所述第一分散剂包括：聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚甲基丙烯酸盐、六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵盐共聚物、聚乙烯醇中的一种或多种；
[0014]所述第一粘结剂包括：聚甲酯丁苯橡胶、苯丙乳液、聚氨酯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯中的一种或多种；
[0015]所述第一润湿剂包括：聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅氧烷、聚氧乙烯醚、六偏磷酸钠、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚乙烯吡咯烷酮、辛基酚聚氧乙烯醚、聚醚硅氧烷、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠中一种或多种；
[0016]所述第一助剂包括：聚二醇醚、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯酰胺、钛酸酯偶联剂、全氟辛酸钠中一种或多种；
[0017]所述固态电解质颗粒、所述第一分散剂、所述第一粘结剂、所述第一润湿剂和所述第一助剂的质量比为100：[0.2
‑
1.5]：[3
‑
10]：[1
‑
10]：[0.5
‑
2]。
[0018]优选的，所述第二分散剂包括：聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚甲基丙烯酸盐、六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵盐共聚物、聚乙烯醇中的一种或多种；
[0019]所述第二粘结剂包括：聚甲酯丁苯橡胶、苯丙乳液、聚氨酯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯中的一种或多种；
[0020]所述第二润湿剂包括：聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅氧烷、聚氧乙烯醚、六偏磷酸钠、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚乙烯吡咯烷酮、辛基酚聚氧乙烯醚、聚醚硅氧烷、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠中一种或多种；
[0021]所述第二助剂包括：聚二醇醚、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯酰胺、钛酸酯偶联剂、全氟辛酸钠中一种或多种；
[0022]所述胶粒、第二粘结剂、所述第二分散剂、所述第二润湿剂和所述第二助剂的质量比为1：[0.1
‑
0.5]：[0.05
‑
0.1]：[0.005
‑
0.01]：[0.06
‑
0.65]。
[0023]第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的复合离子导体涂胶涂层的隔膜的制备方法，所述制备方法包括：
[0024]步骤S1，将第一分散剂加入第一溶剂中，充分搅拌分散后，再加入所需质量分数和粒径大小的固态电解质颗粒，继续分散均匀，再进行砂磨得到固态电解质浆料，向固态电解质浆料中加入第一润湿剂，第一粘结剂和第一助剂，充分搅拌分散均匀后，得到固态电解质涂层的浆料；
[0025]步骤S2，将胶粒、第二粘结剂、第二分散剂、第二润湿剂、第二助剂和第二溶剂充分搅拌分散均匀，得到胶层的浆料；
[0026]步骤S3，将固态电解质涂层的浆料均匀涂覆于基膜的至少一侧的表面，置于烘箱
中进行第一次烘烤，烘干后，形成固态电解质涂层；
[0027]步骤S4，将胶层的浆料均匀涂覆于步骤S3的固态电解质涂层外侧的至少一侧的表面，置于烘箱中进行第二次烘烤，烘干后，得到复合离子导体涂胶涂层的隔膜。
[0028]优选的，所述固态电解质颗粒包括：β
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合离子导体涂胶涂层的隔膜，其特征在于，所述隔膜包括：基膜，涂覆于基膜一侧或两侧的固态电解质涂层，以及涂覆于所述固态电解质涂层外表面的胶层；所述固态电解质涂层包括：固态电解质颗粒、第一分散剂、第一粘结剂、第一润湿剂和第一助剂；所述固态电解质颗粒包括：β
‑
Al 2
O3、Na
1+x
Zr2Si
x
P3‑
x
O
12
、Na3PS4、Na2S
‑
P2S5中的一种或多种，其中，0≤x≤3；所述固态电解质颗粒的粒径Dv50为200nm
‑
2μm；所述胶层包括：胶粒、第二粘结剂、第二分散剂、第二润湿剂和第二助剂；其中，所述胶粒包括：聚偏氟乙烯PVDF、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物PVDF
‑
HFP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的复合离子导体涂胶涂层的隔膜，其特征在于，所述基膜包括：聚烯烃膜、无纺布隔膜、纤维隔膜、聚芳纶隔膜中的一种或多种的复合膜；所述基膜的厚度为3μm
‑
20μm；所述固态电解质涂层的厚度为1μm
‑
4μm；所述胶层的厚度为0.5μm
‑
2μm。3.根据权利要求1所述的复合离子导体涂胶涂层的隔膜，其特征在于，所述第一分散剂包括：聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚甲基丙烯酸盐、六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵盐共聚物、聚乙烯醇中的一种或多种；所述第一粘结剂包括：聚甲酯丁苯橡胶、苯丙乳液、聚氨酯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯中的一种或多种；所述第一润湿剂包括：聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅氧烷、聚氧乙烯醚、六偏磷酸钠、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚乙烯吡咯烷酮、辛基酚聚氧乙烯醚、聚醚硅氧烷、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠中一种或多种；所述第一助剂包括：聚二醇醚、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯酰胺、钛酸酯偶联剂、全氟辛酸钠中一种或多种；所述固态电解质颗粒、所述第一分散剂、所述第一粘结剂、所述第一润湿剂和所述第一助剂的质量比为100：[0.2
‑
1.5]：[3
‑
10]：[1
‑
10]：[0.5
‑
2]。4.根据权利要求1所述的复合离子导体涂胶涂层的隔膜，其特征在于，所述第二分散剂包括：聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚甲基丙烯酸盐、六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵盐共聚物、聚乙烯醇中的一种或多种；所述第二粘结剂包括：聚甲酯丁苯橡胶、苯丙乳液、聚氨酯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯中的一种或多种；所述第二润湿剂包括：聚二甲基硅氧烷、聚醚改性硅氧烷、聚氧乙烯醚、六偏磷酸钠、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚乙烯吡咯烷酮、辛基酚聚氧乙烯醚、聚醚硅氧烷、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠中一种或多种；所述第二助剂包括：聚二醇醚、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯酰胺、钛酸酯偶联剂、全氟辛酸钠中一种或多种；
所述胶粒、第二粘结剂、所述第二分散剂、所述第二润湿剂和所述第二助剂的质量比为1：[0.1
‑
0.5]：[0.05
‑
0.1]：[0.005
‑
0.01]：[0.06
‑
0.65]。5.一种上述权利要求1
‑
4任一所述的复合离子导体涂胶涂层的隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：步骤S1，将第一分散剂加入第一溶剂中，充分搅拌分散后，再加入所需质量分数和粒径大小的固态电解质颗粒，继续分散均匀，再进行砂磨得到固态电解质浆料，向固态电解质浆料中加入第一润湿剂，第一粘结剂和第一助剂，充分搅拌分散均匀后，得到固态电解质涂层的浆料；步骤S2，将胶粒、第二粘结剂、第二分散剂、第二润湿剂、第二助剂和第二溶剂充分搅拌分散均匀，得到胶层的浆料...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：宜宾南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：