一种隔膜改性浆料及其制备方法和应用、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种隔膜改性浆料及其制备方法和应用、锂离子电池。该隔膜改性浆料的制备方法包括如下步骤：S1.将5～50重量份的聚丙烯酸锂溶液与0.5～15重量份的正硅酸四乙酯混合，得到第一溶液；S2.将1～30重量份的碳酸乙烯酯与0.2～12重量份的纳米硅酸镁锂分散液混合，得到第二溶液；S3.将第二溶液与0.1～5重量份的二氟磷酸锂混合，得到第三溶液；S4.将第一溶液和第三溶液混合，即可；第一溶液和第三溶液的制备先后顺序不限。本发明专利技术的隔膜改性浆料能够深入到隔膜孔隙内部，将陶瓷层的改性作用在隔膜外部表面和内部的孔隙表面，提升了隔膜的高温抗收缩性能。的高温抗收缩性能。

【技术实现步骤摘要】
一种隔膜改性浆料及其制备方法和应用、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及一种隔膜改性浆料及其制备方法和应用、锂离子电池。

技术介绍

[0002]隔膜在锂离子电池中的作用是维持正负极片之间绝缘，同时导通锂离子，是影响锂离子电池安全性能的重要组件。锂离子电池中常用的电解质溶剂为碳酸酯有机溶剂，对隔膜提出了有机溶剂耐受的要求。目前广泛应用的隔膜为聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)隔膜，能够很好地耐受碳酸酯有机溶剂，其中聚乙烯隔膜受热变形温度与熔点较低，同时与电解质亲和性略低，因此需要进行陶瓷层涂敷改性来满足锂离子电池的使用要求。
[0003]陶瓷层涂敷改性是在基膜的表面涂敷耐高温涂层。由于陶瓷粉与电解液的亲和性优于PE，因此陶瓷层涂敷在改善PE隔膜耐热性能与耐氧化性能的同时，可以同时改善隔膜的电解液浸润性能。陶瓷改性隔膜不仅具有PE隔膜较好的延展性能，同时结合了陶瓷粉体良好的耐温性能与电解液浸润性能，显著提高了高温下的隔膜尺寸稳定性。
[0004]目前锂离子电池用的隔膜表面处理涂料常见为陶瓷浆料，采用的涂敷方式转移式涂覆。由于现有很多陶瓷浆料中陶瓷颗粒多为微纳米级粉料，因此浆料只能涂敷在隔膜表层，不会渗透到隔膜孔隙内部。此时当隔膜在较高温度下加热的时候，PE基膜依然会收缩，附着在表层的陶瓷层仍然无法很好阻挡基膜的热收缩。
[0005]电芯使用寿命的一个重要影响因素是正极的过渡金属离子溶出并在负极沉积，如果隔膜能够阻止溶出的过渡金属离子迁移到负极，将其以离子的形式固定在隔膜中，则能够显著改善锂离子电池的使用寿命，而现有的陶瓷涂层并不具备这一功能。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题在于现有技术中的陶瓷隔膜涂料存在高温下改性隔膜依然会发生较大程度收缩的问题，而提供了一种隔膜改性浆料及其制备方法和应用、锂离子电池。本专利技术的隔膜改性浆料能够深入到隔膜孔隙内部，将陶瓷层的改性作用在隔膜外部表面和内部的孔隙表面，提升了隔膜的高温抗收缩性能。
[0007]本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。
[0008]本专利技术提供了一种隔膜改性浆料的制备方法，其包括如下步骤：
[0009]S1.将5～50重量份的聚丙烯酸锂溶液与0.5～15重量份的正硅酸四乙酯混合，得到第一溶液；
[0010]S2.将1～30重量份的碳酸乙烯酯与0.2～12重量份的纳米硅酸镁锂分散液混合，得到第二溶液；
[0011]S3.将所述第二溶液与0.1～5重量份的二氟磷酸锂混合，得到第三溶液；
[0012]S4.将所述第一溶液和所述第三溶液混合，即可；
[0013]所述第一溶液和所述第三溶液的制备先后顺序不限。
[0014]S1中，较佳地，所述聚丙烯酸锂溶液的重量份数为13.3或12.2。
[0015]S1中，所述聚丙烯酸锂溶液可为本领域常规所说的聚丙烯酸锂溶液，一般为聚丙烯酸锂水溶液。
[0016]其中，较佳地，所述聚丙烯酸锂溶液的制备方法包括：将聚丙烯酸溶液与氢氧化锂反应，即可。
[0017]较佳地，所述聚丙烯酸溶液由将质量分数为25％～40％的聚丙烯酸加水稀释到质量分数为4％～10％得到。
[0018]较佳地，所述聚丙烯酸溶液与所述氢氧化锂反应的pH值为4～5。
[0019]S1中，较佳地，所述正硅酸四乙酯的重量份数为1或1.5。
[0020]S1中，所述正硅酸四乙酯可为本领域常规所说的正硅酸四乙酯。所述正硅酸四乙酯与所述聚丙烯酸锂溶液混合，发生水解反应。
[0021]S1中，较佳地，所述聚丙烯酸锂溶液与所述正硅酸四乙酯的混合时间为24h以上。
[0022]S1中，较佳地，所述聚丙烯酸锂溶液与所述正硅酸四乙酯的混合于惰性气氛中进行。
[0023]其中，所述惰性气氛是指不参与反应的气体，较佳地为氮气和/或氩气。
[0024]S2中，所述碳酸乙烯酯可为本领域常规所说的碳酸乙烯酯。
[0025]S2中，较佳地，所述纳米硅酸镁锂分散液的重量份数为10.5或10.8。
[0026]S2中，所述纳米硅酸镁锂分散液可为本领域常规所说的纳米硅酸镁锂分散液，一般为将纳米硅酸镁锂分散于水中得到。所述纳米硅酸镁锂一般是指纳米级的硅酸镁锂。
[0027]其中，较佳地，纳米硅酸镁锂占所述纳米硅酸镁锂分散液质量分数为2％～8％，例如为4.8％或7.4％。
[0028]其中，较佳地，所述纳米硅酸镁锂分散液的制备方法包括：将纳米硅酸镁锂与水混合；较佳地，所述纳米硅酸镁锂与所述水的混合温度为60℃以下；混合时间为4h以上。
[0029]S2中，较佳地，所述碳酸乙烯酯与所述纳米硅酸镁锂分散液的混合时间为4h以上。
[0030]较佳地，所述碳酸乙烯酯与所述纳米硅酸镁锂分散液的混合后，将所述第二溶液的温度下降至20℃～30℃，例如为25℃。
[0031]S3中，较佳地，所述二氟磷酸锂的重量份数为1.5或2。
[0032]S3中，所述二氟磷酸锂可为本领域常规的二氟磷酸锂。
[0033]S3中，较佳地，所述第二溶液与所述二氟磷酸锂后混合时间为1h以上，得到透明溶液。
[0034]S4中，较佳地，在所述第一溶液和所述第三溶液的混合物中还加入三聚磷酸钠。或者，较佳地，在将所述第一溶液与三聚磷酸钠混合后，再与所述第三溶液混合；其中，较佳地，所述第一溶液与所述三聚磷酸钠的混合时间为2h以上，得到透明溶液。或者，较佳地，在将所述第三溶液与三聚磷酸钠混合后，再与所述第一溶液混合。含有三聚磷酸钠的隔膜改性浆料具有捕捉过渡金属离子的效果，进一步地提高了改性隔膜的综合性能。
[0035]其中，较佳地，所述三聚磷酸钠的重量份数为0.5～10，例如为1或0.8。
[0036]本专利技术还提供了一种隔膜改性浆料，其由如前所述的隔膜改性浆料的制备方法制得。
[0037]其中，所述隔膜改性浆料组合物中陶瓷颗粒(包括硅酸镁锂和二氧化硅)的粒径均为纳米级别。正硅酸四乙酯水解生成的二氧化硅的颗粒粒径在30纳米以下。纳米硅酸镁锂
与水反应后，由多层层状结构可以裂解为单层结构纳米片。
[0038]本专利技术还提供了一种改性隔膜的制备方法，其包括如下步骤：
[0039]将如前所述的隔膜改性浆料涂覆于隔膜上，即可。
[0040]采用本专利技术的隔膜改性浆料对隔膜进行改性时，改性组分可深入到隔膜内部，包括隔膜的孔隙中。将含硅酸镁锂和二氧化硅的陶瓷层的改性作用在隔膜内部孔隙表面。当改性隔膜受热时，改性隔膜的孔隙表面的陶瓷层能够阻碍孔隙因高温而熔接到一起，陶瓷层嵌在隔膜基质之中，能够有效降低隔膜受热收缩导致的尺寸变化，进而能够延缓热失控的进展速率。同时隔膜的内部孔隙与外部表面均涂敷有陶瓷层，能够显著改善电芯内部尤其是负极的电解液浸润均匀性。
[0041]其中，所述隔膜较佳地为聚乙烯基膜。
[0042]其中，所述涂覆较佳地为浸涂。
[0043]其中，所述隔膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隔膜改性浆料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1.将5～50重量份的聚丙烯酸锂溶液与0.5～15重量份的正硅酸四乙酯混合，得到第一溶液；S2.将1～30重量份的碳酸乙烯酯与0.2～12重量份的纳米硅酸镁锂分散液混合，得到第二溶液；S3.将所述第二溶液与0.1～5重量份的二氟磷酸锂混合，得到第三溶液；S4.将所述第一溶液和所述第三溶液混合，即可；所述第一溶液和所述第三溶液的制备先后顺序不限。2.如权利要求1所述的隔膜改性浆料的制备方法，其特征在于，S1中，所述聚丙烯酸锂溶液的重量份数为13.3或12.2；S1中，所述聚丙烯酸锂溶液的制备方法包括：将聚丙烯酸溶液与氢氧化锂反应，即可；较佳地，所述聚丙烯酸溶液由将质量分数为25％～40％的聚丙烯酸加水稀释到质量分数为4％～10％得到；较佳地，所述聚丙烯酸溶液与所述氢氧化锂反应的pH值为4～5。3.如权利要求1所述的隔膜改性浆料的制备方法，其特征在于，S1中，所述正硅酸四乙酯的重量份数为1或1.5；S1中，所述聚丙烯酸锂溶液与所述正硅酸四乙酯的混合时间为24h以上；S1中，所述聚丙烯酸锂溶液与所述正硅酸四乙酯的混合于惰性气氛中进行。4.如权利要求1所述的隔膜改性浆料的制备方法，其特征在于，S2中，所述纳米硅酸镁锂分散液的重量份数为10.5或10.8；S2中，纳米硅酸镁锂占所述纳米硅酸镁锂分散液质量分数为2％～8％，例如为4.8％或7.4％；S2中，所述纳米硅酸镁锂分散液的制备方法包括：将纳米硅酸镁锂与水混合；较佳地，所述纳米硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云鹏，汪涛，
申请(专利权)人：上海电气国轩新能源科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：