一种涂胶隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种涂胶隔膜及其制备方法和应用，所述涂胶隔膜包括依次层叠设置的正极粘接层、基膜和负极粘接层；所述正极粘接层的包括第一粘接剂和第一助剂；所述第一粘接剂选用与电池正极同系粘接剂，所述第一粘接剂包括含氟聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯或海藻酸钠中的任意一种或至少两种的组合；所述负极粘接层包括第二粘接剂和第二助剂；所述第二粘接剂选用与电池负极同系粘接剂，所述第二粘接剂包括聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚丙烯腈共聚物、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺共聚物、聚氧化乙烯、聚氨基甲酸酯、聚(苯乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种涂胶隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种涂胶隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]隔膜是锂离子电池的重要组成部分，当前常用的隔膜主要有聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)基膜及其涂覆膜，涂覆膜的涂层则主要为陶瓷涂层和高分子涂胶层。而较陶瓷隔膜相比，涂胶隔膜可以粘住极片，使卷芯具有一定的机械强度，有利于卷芯完成组装过程。此外，涂胶层的胶点在热压后仍具有一定的高度，给极片反弹预留了空间，可以有效改善电池在充放电时极片特别是负极片膨胀导致的极片褶皱和电芯局部变厚。并且，因为涂胶隔膜的“整型”作用，卷芯整体厚度较为均匀，在充放电时锂离子传输距离差异较小，对改善极片界面析锂，延长电池循环寿命具有很好的效果。而水系涂胶隔膜的制备过程对环境无害，投入成本低，备受青睐。
[0003]目前涂胶隔膜的涂胶材料主要为聚偏氟乙烯(PVDF)，且隔膜两侧的涂层均采用的同一配方。这种涂层存在以下几个问题：
[0004]首先，正负极均采用PVDF作为涂胶层，导致负极侧与胶层粘结力较小，经电解液浸泡后几乎无粘性。这是由于正极极片与箔材粘结主要依靠PVDF的分子间作用，隔膜胶层与正极所用的粘结剂具有增益效果，使得涂胶隔膜与正极片粘接时具有较好的粘结力。然而负极浆料与箔材粘结主要是丁苯橡胶(SBR)中不饱和官能团与箔材间的化学键作用。正负极极片所用粘结剂的粘接机理的差异，使得PVDF作为隔膜涂胶层与负极粘结时，仅依靠PVDF本身的内聚力无法保持足够的粘结力。特别是经电解液浸泡后，PVDF发生溶胀，分子内聚能急速下降，隔膜上的涂胶层与负极片几乎无粘结性，无法达到隔膜涂胶的预期目的。
[0005]其次，为了提高胶层与正负极片特别是与负极片的粘结力，采用增加胶层涂覆量的方法。
[0006]CN108321338A公开了一种锂离子电池水系涂胶隔膜的制备方法，包括如下步骤：S1、将分散剂于粉末水溶液中分散得到水系分散液；S2、将水系分散液与粘结剂混合得到液相混合物；S3、将液相混合物旋转喷涂在基膜上，干燥，得到锂离子电池水系涂胶隔膜。其公开的制备方法，制得的涂覆膜透气值增加较小，制得的卷芯在热压后有一定的硬度，便于机械手抓取，提高了生产效率，同时对电池的倍率性能、循环性能、体积能量密度都有较大提高，采用旋转喷涂的方法，制备了涂布面密度为1.2～2.0g/m2的涂胶隔膜。高面密度涂布虽然可以提高胶层与极片间的粘结力，有效防止极片错位，达到电池整型的目的。但是这种方法有两个弊端，一是涂胶量太高，大量的不导电胶层会直接堵塞锂离子的传输通道，影响电池安全性，且会增加电池的内阻；二是高厚度的涂胶层会使隔膜厚度增加，进而增加了电池卷芯的厚度，这既会影响电池面密度和容量一致性，不利于配组，且与目前所提倡的电池减重增容的技术方向相悖。
[0007]最后，隔膜胶层主要是通过旋转喷涂或辊涂的方式进行涂覆，这两种涂覆方式得到的胶点尺寸均具有不均匀性，得到的胶点尺寸多种多样。而实际上，在卷芯热压时，涂胶
层中能起到粘结作用的仅有那些尺寸较大、厚度较高的胶点。也就是说，大量的小尺寸胶点并未起到实际作用，且这些绝缘的高分子的导入，可能还会对电池性能具有负面影响。
[0008]综上所述，开发一种高粘结性、低涂胶量的涂胶隔膜至关重要。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种涂胶隔膜及其制备方法和应用，所述涂胶隔膜具有高粘结性和低涂胶量的优点。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种涂胶隔膜，所述涂胶隔膜包括依次层叠设置的正极粘接层、基膜和负极粘接层；
[0012]所述正极粘接层的包括第一粘接剂和第一助剂；
[0013]所述第一粘接剂选用与电池正极同系粘接剂，所述第一粘接剂包括含氟聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯或海藻酸钠中的任意一种或至少两种的组合；
[0014]所述负极粘接层包括第二粘接剂和第二助剂；
[0015]所述第二粘接剂选用与电池负极同系粘接剂，所述第二粘接剂包括聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚丙烯酸
‑
丙烯腈共聚物、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺共聚物、聚氧化乙烯、聚氨基甲酸酯、聚(苯乙烯
‑
丁二烯)或羧甲基纤维素中的任意一种或至少两种的组合。
[0016]本专利技术中，将涂胶隔膜的粘接层材料与极片对应，根据正负极浆料所用粘结剂差异，来选择与其相容性较好的材料作为隔膜上的涂胶层，从而达到涂胶隔膜上的粘接层与正负极片均有优异的粘结力的目的。
[0017]优选地，所述含氟聚合物包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚(偏氟乙烯
‑
三氟乙烯)、聚(偏氟乙烯
‑
四氟乙烯)、聚(偏氟乙烯
‑
六氟乙烯)或聚(偏氟乙烯
‑
六氟丙烯)中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯的组合，聚(偏氟乙烯
‑
三氟乙烯)、聚(偏氟乙烯
‑
四氟乙烯)和聚(偏氟乙烯
‑
六氟乙烯)的组合，聚(偏氟乙烯
‑
四氟乙烯)、聚(偏氟乙烯
‑
六氟乙烯)和聚(偏氟乙烯
‑
六氟丙烯)的组合等。
[0018]优选地，所述聚丙烯酸酯包括聚丙烯酸甲酯和/或聚丙烯酸丁酯。
[0019]优选地，所述第一粘接剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、丙烯酰胺
‑
丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：聚偏氟乙烯、聚丙烯酸和聚丙烯酸甲酯的组合，聚丙烯酸甲酯、丙烯酰胺
‑
丙烯酸聚合物和聚甲基丙烯酸的组合，聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、丙烯酰胺
‑
丙烯酸聚合物和聚甲基丙烯酸的组合等。
[0020]优选地，所述第一助剂包括分散剂、润湿剂或消泡剂中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：分散剂和润湿剂的组合，润湿剂和消泡剂的组合，分散剂、润湿剂和消泡剂的组合等。
[0021]优选地，所述正极粘接层的胶液按照重量份数包括如下组分：
[0022][0023]本专利技术中，所述第一粘接剂的重量份数为5
‑
15份，例如6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份等。
[0024]所述分散剂的重量份数为0
‑
5份，例如0份、1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份等。
[0025]所述润湿剂的重量份数为0
‑
3份，例如0份、0.5份、1份、1.5份、2份、2.5份等。
[0026]所述消泡剂的重量份数为0
‑
1份，例如0.05份、0.1份、0.2份、0.4份、0.6份、0.8份等。
[0027]所述水的重量份数为70
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涂胶隔膜，其特征在于，所述涂胶隔膜包括依次层叠设置的正极粘接层、基膜和负极粘接层；所述正极粘接层的包括第一粘接剂和第一助剂；所述第一粘接剂选用与电池正极同系粘接剂，所述第一粘接剂包括含氟聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯或海藻酸钠中的任意一种或至少两种的组合；所述负极粘接层包括第二粘接剂和第二助剂；所述第二粘接剂选用与电池负极同系粘接剂，所述第二粘接剂包括聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚丙烯酸
‑
丙烯腈共聚物、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺共聚物、聚氧化乙烯、聚氨基甲酸酯、聚(苯乙烯
‑
丁二烯)或羧甲基纤维素中的任意一种或至少两种的组合。2.根据权利要求1所述的涂胶隔膜，其特征在于，所述含氟聚合物包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚(偏氟乙烯
‑
三氟乙烯)、聚(偏氟乙烯
‑
四氟乙烯)、聚(偏氟乙烯
‑
六氟乙烯)或聚(偏氟乙烯
‑
六氟丙烯)中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述聚丙烯酸酯包括聚丙烯酸甲酯和/或聚丙烯酸丁酯；优选地，所述第一粘接剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、丙烯酰胺
‑
丙烯酸聚合物、聚甲基丙烯酸中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第一助剂包括分散剂、润湿剂或消泡剂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述正极粘接层的胶液按照重量份数包括如下组分：优选地，所述正极粘接层的胶液按照重量份数包括如下组分：3.根据权利要求1或2所述的涂胶隔膜，其特征在于，所述聚丙烯酸酯包括聚丙烯酸甲酯和/或聚丙烯酸丁酯；优选地，所述聚丙烯腈的共聚物包括聚(丙烯酸
‑2‑
乙基乙酯
‑
丙烯腈)；优选地，所述聚丙烯酰胺的共聚物包括聚(丙烯酰胺
‑
丙烯酸类化合物)；优选地，所述第二助剂包括分散剂、润湿剂和消泡剂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述负极粘接层的胶液按照重量份数包括如下组分：
4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的涂胶隔膜，其特征在于，所述分散剂包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚乙烯醇、纤维素磺酸钠或木质素磺酸钠中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述润湿剂包括十二烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚、丁基萘磺酸钠或聚醚硅氧烷共聚物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述消泡剂包括改性有机硅聚硅氧烷、乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯或矿物油中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述正极粘接层和所述负极粘接层的涂胶量各自独立地为0.2～0.8g/m2。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述的涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将第一粘接剂、第一助剂和水混合，形成正极粘接层胶液，将正极粘接层胶液涂覆于基膜一侧，形成正极粘接层；(2)将第二粘接剂、第二助剂和水混合，形成负极粘接层胶液，将负极粘接层胶液涂覆于基膜另一侧，形成负极粘接层，得到所述涂胶隔膜。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：将分散剂、润湿剂、消泡剂和水第一次混合后，形成助剂水溶液；再将所述助剂水溶液与第一粘接剂第二次混合，形成预混胶液；然后根据预混胶液的粒径或粘度，选择性地将所述预混胶液研磨，得到研磨胶液；优选地，所述第一次混合的方式包括搅拌；优选地，所述搅拌的时间为5
‑
20min；优选地，所述搅拌的转速为15
‑
40rpm；优选地，所述第二次混合的方式包括搅拌；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵红燕，沙宗枫，易鹏程，
申请(专利权)人：荆门亿纬创能锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：