一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜，包括基膜和涂覆层，基膜为聚烯烃隔膜，涂覆层包括以下重量百分比的组分：中空多孔PVDF纳米管8％

【技术实现步骤摘要】
一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池制造
，尤其涉及一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂电池作为新型的二次电池，具有高能量密度、循环寿命长等优点，其应用范围不断扩展，被大量应用于便携式电子装置、储能和动力汽车中，尤其随着新能源行业的快速发展，锂电池被越来越多的应用到动力汽车中。隔膜作为锂电池的重要组成部分，可以有效防止正、负极接触发生短路，对锂电池的安全性具有非常重要的影响，因此，锂电池性能的提升及安全性要求对隔膜的性能有着更高的要求。
[0003]聚烯烃隔膜是目前使用最为广泛的锂电池隔膜，但是，市场上现有的聚烯烃隔膜也存在一些缺点：
[0004]①
聚烯烃材料熔点很低，在电池存在热失控时隔膜容易发生破膜而导致热失控更加严重，从而导致电池燃烧甚至爆炸；
[0005]②
对极片粘结性能差和亲电解液性能不足，从而使得电池出现循环性能差、热稳定性能低、极片与隔膜界面不稳定、电池硬度差、不利于加工与运输等一系列问题，这大大限制了电池能量密度的提高以及高性能超薄电池的发展。
[0006]针对聚烯烃隔膜耐热性能差的问题，目前主要的解决方案是在聚烯烃隔膜的单面或双面涂覆耐高温的陶瓷涂层，可以延迟隔膜闭孔至150℃，但是150℃的闭孔温度不能完全避免锂电池在高温下短路及其引发的自燃。因此，需要进一步提高隔膜的耐热性能，减少隔膜的破膜风险从而提高电池的安全性。
[0007]而针对聚烯烃隔膜对极片的粘结性和电解液浸润性差的问题，目前主要的解决方案是在聚烯烃隔膜的单面或双面涂覆水系PVDF胶层，这种涂胶层可以有效改善隔膜的粘结性，同时与电解液有良好的浸润性。但现有水系PVDF涂胶技术中存在较多问题：
[0008]①
在前期涂覆及后期电芯制作过程中PVDF涂胶层脱粉问题，脱粉不仅会造成污染，会给生产人员造成健康伤害，同时会大大降低隔膜对极片的粘结性和电解液浸润性；
[0009]②
PVDF涂胶层的引入，由于PVDF颗粒堵孔等因素，大大降低了隔离膜的透气性能，不利于充放电过程中锂离子的快速传输，进而影响电池性能。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于：提供一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜及其制备方法，制备的复合隔膜具有优异的热收缩性能、极片粘结性能以及电解液润湿性能，同时还具有优异的透气性能以及防脱粉能力。
[0011]为了实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜，包括基膜和涂覆层，基膜为聚烯烃隔膜，涂覆层包括以下重量百分比的组分：
[0012]中空多孔PVDF纳米管8％
‑
16％；
[0013]分散剂0.5％
‑
1.5％；
[0014]增稠剂3％
‑
9％；
[0015]粘结剂2％
‑
7％；
[0016]润湿剂0.1％
‑
0.4％；
[0017]消泡剂0.1％
‑
0.2％；
[0018]余量为超纯水。
[0019]作为上述技术方案的进一步描述：
[0020]分散剂为脂肪族酰胺类。
[0021]作为上述技术方案的进一步描述：
[0022]增稠剂为羟甲基纤维素钠类(CMC胶液)。
[0023]作为上述技术方案的进一步描述：
[0024]粘结剂为聚丙烯酸类。
[0025]作为上述技术方案的进一步描述：
[0026]润湿剂为烷基硫酸盐类。
[0027]作为上述技术方案的进一步描述：
[0028]消泡剂为聚醚型消泡剂。
[0029]另一方面，本专利技术还提供了一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0030]S1、制备中空多孔PVDF纳米管，包括以下步骤：
[0031]S11、在不断搅拌的条件下，将二氧化硅纳米线和超纯水加入到具塞锥形瓶中，磁力搅拌，然后进行超声分散，得到分散均匀的二氧化硅纳米线分散液；
[0032]S12、将聚偏氟乙烯缓慢加入到N，N
‑
二甲基甲酰胺中，对混合液进行密封处理，随后将其置于水浴锅中缓慢加热，加热到70℃，然后利用磁力搅拌装置进行搅拌；
[0033]S13、在不断搅拌的条件下，将PVDF溶液缓慢加入到上述分散均匀的二氧化硅纳米线分散液中，并继续磁力搅拌，然后进行超声处理；
[0034]S14、将所得混合液离心，离心所得的沉淀物充分洗涤和真空干燥，得到多孔PVDF包覆SiO2纳米线同轴复合材料；
[0035]S15、将获得的多孔PVDF包覆SiO2纳米线同轴复合材料加入到氢氧化钠溶液中，并保持5
‑
6小时，然后过滤、洗涤并在75℃下干燥18小时，干燥后即得中空多孔PVDF纳米管；
[0036]S2、制备中空多孔PVDF纳米管涂覆浆料，包括以下步骤：
[0037]S21、按质量比将0.5％
‑
1.5％的分散剂，8％
‑
16％的中空多孔PVDF纳米管粉体，在超纯水预混10
‑
110min，转速为500
‑
800rpm；
[0038]S22、加入3％
‑
9％的增稠剂继续搅拌40
‑
80min，转速为500
‑
850rpm；
[0039]S23、加入2％
‑
7％的粘结剂继续搅拌10
‑
120min，转速为200
‑
1000rpm；
[0040]S24、加入0.1％
‑
0.4％的润湿剂，0.1％
‑
0.2％的消泡剂搅拌10
‑
70min，转速为100
‑
450rpm；
[0041]S25、过滤除铁后，得到中空多孔PVDF纳米管涂覆浆料；
[0042]S3、制备中空多孔PVDF纳米管修饰的复合隔膜：将所制得的涂覆浆料均匀辊涂于聚烯烃隔膜上，经过70℃烘箱烘烤过后收卷备用，即得所要制备的锂离子电池用中空多孔
PVDF纳米管修饰的复合隔膜。
[0043]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0044]1、本专利技术中，中空多孔纳米管结构极大地增加了材料的比表面积，从而大幅提升了隔膜的吸液保液能力以及极片粘结性能。
[0045]2、本专利技术中，中空多孔PVDF纳米管的引入，得益于其自身的优异性能以及不同纳米管间的相互交联，大幅提升了隔膜的热收缩性能。
[0046]3、本专利技术中，益于PVDF纳米管的中空结构以及表面的多孔结构，其PVDF涂胶层的透气增量相较于传统PVDF颗粒涂胶层大幅度减小，即显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜，包括基膜和涂覆层，所述基膜为聚烯烃隔膜，其特征在于，所述涂覆层包括以下重量百分比的组分：中空多孔PVDF纳米管8％
‑
16％；分散剂0.5％
‑
1.5％；增稠剂3％
‑
9％；粘结剂2％
‑
7％；润湿剂0.1％
‑
0.4％；消泡剂0.1％
‑
0.2％；余量为超纯水。2.根据权利要求1所述的一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜，其特征在于，所述分散剂为脂肪族酰胺类。3.根据权利要求1所述的一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜，其特征在于，所述增稠剂为羟甲基纤维素钠类。4.根据权利要求1所述的一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜，其特征在于，所述粘结剂为聚丙烯酸类。5.根据权利要求1所述的一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜，其特征在于，所述润湿剂为烷基硫酸盐类。6.根据权利要求1所述的一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜，其特征在于，所述消泡剂为聚醚型消泡剂。7.一种高耐热、防脱粉和高透气的PVDF涂胶隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备中空多孔PVDF纳米管，包括以下步骤：S11、在不断搅拌的条件下，将二氧化硅纳米线和超纯水加入到具塞锥形瓶中，磁力搅拌，然后进行超声分散，得到分散均匀的二氧化硅纳米线分散液；S12、将聚偏氟乙烯缓慢加入到N，N
‑
二甲基甲酰胺中，对混合液进行密封处理，随后将其置于水浴锅中缓慢加热，加热到70℃，然后利用磁力搅拌装置进行搅拌；S13、在不断搅拌的条件下，将PVDF溶液缓慢加入到上述分散均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帆，张立斌，赵海玉，
申请(专利权)人：江苏厚生新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：