一种倍半硅氧烷的陶瓷涂层隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池隔膜技术领域，公开一种倍半硅氧烷的陶瓷涂层隔膜及其制备方法和应用，制备包括步骤：将改性聚丙烯酸酯溶于溶剂A形成凝胶溶液，加入纳米氧化铝、分散剂得到分散液；分散液涂覆于聚乙烯隔膜，挥发去除溶剂，浸于非溶剂中静置，干燥后得到所述陶瓷涂层隔膜；其中改性聚丙烯酸酯包括原料组分：50

【技术实现步骤摘要】
一种倍半硅氧烷的陶瓷涂层隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池隔膜
，具体涉及一种倍半硅氧烷的陶瓷涂层隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚乙烯具有良好的热塑性、力学强度、化学稳定性和透明性，因而被广泛应用在轻工业、仪表、玩具、包装、印刷、建筑和农业等领域，也常常用作分离膜材料。PE微孔膜具有耐电解液腐蚀能力，无毒、价格低廉，在高温时能热闭合，有较好的抗撕裂强度和较低的面电阻，是电池隔膜的理想材料。将其用在锂离子电池正负极间，仅允许离子通过，是电子的绝缘体，可防止短路。
[0003]PE隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能。但非极性的PE隔膜表面疏水且表面能较低，对极性的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等有机电解液较难润湿和保持。为了提高隔膜的安全性、使用寿命以及对液体电解质的润湿能力，通常需要对现有的隔膜进行改进，如对PE隔膜表面进行涂覆改性。
[0004]CN104183805A公开一种锂离子电池用的具有陶瓷涂层的隔膜材料的制备方法，包括陶瓷浆料配制、隔膜预处理、精密涂布、烘干等步骤；所制备的产品具有陶瓷涂层致密、均匀、粘接牢固、隔膜热收缩小的特点，对提高锂离子电池安全性能、延长电池寿命具有明显效果。
[0005]CN105552285A公开了一种陶瓷涂层隔膜，为对称的五层层状结构，包括两最外层的陶瓷涂层、两次外层的氯化聚烯烃涂层和中间层的基体隔膜，该方法将陶瓷粒子改性处理后制成陶瓷涂层浆料，然后将氯化聚烯烃涂料涂在基体隔膜上烘干形成氯化聚烯烃涂层，最后将陶瓷涂层浆料涂在基体隔膜的氯化聚烯烃涂层上烘干，即制成陶瓷涂层隔膜。其中由于氯化聚烯烃层带有大量的极性基团Cl，不仅可以改善基体隔膜与陶瓷涂层的粘结强度，而且氯化聚烯烃与聚丙烯和聚乙烯等具有相似的晶体结构和尺寸，因而对基体隔膜具有良好的黏结性能，从而了提高陶瓷涂层与基材隔膜之间粘结力，起到了难以脱落、不掉粉的作用。
[0006]上述的陶瓷涂层一定程度上解决了PE隔膜的极性问题，但另一方面由于Al2O3颗粒及其细小，且表面一般带有极性基团，具有一定的亲水性，因此一般Al2O3陶瓷涂层隔膜的含水量都比其它聚烯烃隔膜高，以至于在电池生产和使用过程中都存在一定的风险，因此降低隔膜的含水量也极其重要。
[0007]CN109888155A公开了一种陶瓷涂层隔膜及其制备方法，隔膜包括基膜和涂布在基膜的至少一个表面的陶瓷涂层，陶瓷涂层由氧化铝浆料涂布而成，氧化铝浆料中采用的粘结剂为具有极性基团的硅树脂，或者聚硅氧烷聚丙烯酸酯共聚物乳液；极性基团为氨基、羧基、羟基和这些基团的衍生物中的至少一种。采用的粘结剂为含有疏水硅烷链段及极性基团的粘结剂，使得制备的陶瓷涂层隔膜的含水量大大降低，避免了由于隔膜含水量高造成的电池使用和生产的安全隐患，也避免了高含水量隔膜对电池性能的影响，为制备高品质
的电池隔膜和电池奠定了基础。
[0008]但上述专利中以丙酮作为溶剂，通过相转化法制备复合膜，但由于丙酮挥发速率较快，制备涂层溶液的过程中会有损失，导致制备过程不易控制；另一种以水作为单一的非溶剂来制备复合膜，容易使涂层形成不规整的孔形状，影响隔膜的性能。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对陶瓷涂覆PE隔膜存在的含水量高和制孔不均匀的问题，提供一种基于倍半硅氧烷的陶瓷涂层隔膜的制备方法，能够得到超低水分含量的陶瓷涂层隔膜，且隔膜内部的孔洞均匀，力学性能保持优异，在锂电池中具有优异的性能表现，有效的提高了锂电池的循环寿命和安全性能。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0011]一种倍半硅氧烷的陶瓷涂层隔膜的制备方法，包括步骤：
[0012]步骤1，将改性聚丙烯酸酯溶于溶剂A形成凝胶溶液，加入纳米氧化铝、分散剂，得到纳米氧化铝凝胶分散液；
[0013]步骤2，将纳米氧化铝凝胶分散液涂覆于聚乙烯隔膜，挥发去除溶剂，浸于非溶剂中静置，干燥后得到所述陶瓷涂层隔膜；
[0014]所述改性聚丙烯酸酯按照重量份，包括原料组分：50
‑
100份丙烯酸酯、0.03
‑
0.5份1
‑
乙烯基
‑3‑
丁基咪唑四氟硼酸盐、0.1
‑
2份甲基丙烯酰氧丙基笼型聚倍半硅氧烷、0.1
‑
1份聚乙烯醇、0.3
‑
2份自由基引发剂。
[0015]优选地，按照重量份，制备过程中投料包括：15
‑
20份改性聚丙烯酸酯、40
‑
60份溶剂A、3
‑
7份纳米氧化铝、1
‑
4份分散剂。
[0016]所述改性聚丙烯酸酯的制备过程包括：将50
‑
100份丙烯酸酯、0.03
‑
0.5份1
‑
乙烯基
‑3‑
丁基咪唑四氟硼酸盐、0.1
‑
2份甲基丙烯酰氧丙基笼型聚倍半硅氧烷、0.1
‑
1份聚乙烯醇、0.3
‑
2份自由基引发剂，400
‑
500份溶剂B加入到反应釜中，于70
‑
80℃下反应60
‑
120min，蒸馏去除溶剂B，得到所述改性聚丙烯酸酯。
[0017]在聚丙烯酸酯的改性中，以微量的1
‑
乙烯基
‑3‑
丁基咪唑四氟硼酸盐和甲基丙烯酰氧丙基笼型聚倍半硅氧烷加入，一方面可避免添加量多导致材料的力学性能下降，另一方面本专利技术中仅需要加入少量即可有效实现隔膜含水量的降低。
[0018]所述溶剂A为N
‑
甲基吡咯烷酮；该溶剂的挥发性小，挥发更慢，更有利于制得孔洞均匀的隔膜。
[0019]所述分散剂包括聚乙二醇；
[0020]所述纳米氧化铝凝胶分散液涂覆厚度为2
‑
4μm；
[0021]所述非溶剂为乙醇的水溶液，其中乙醇质量浓度为10
‑
30％。本专利技术中采用乙醇的水溶液代替纯水浸泡隔膜，使隔膜中纤维变得更松散和多孔，且在干燥过程中不易收缩，孔隙率更高且制孔更均匀，孔隙率越高，隔膜微孔越多，锂离子从负极迁移至正极就越容易，从而电池倍率放电性能就越好。
[0022]优选地，步骤1中，改性聚丙酸酯溶解在溶剂中温度为60
‑
70℃；
[0023]步骤2中挥发为在室温下空气中挥发20
‑
40h；在非溶剂中静置为在室温下静置8
‑
12h；
[0024]干燥为40
‑
60℃下正空干燥2
‑
4h。
[0025]优选地，所述聚乙烯隔膜经过预处理，预处理过程包括：
[0026]S1，将K2Cr2O7、H2SO4和H2O在60
‑
80℃配制氧化液；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倍半硅氧烷的陶瓷涂层隔膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：步骤1，将改性聚丙烯酸酯溶于溶剂A形成凝胶溶液，加入纳米氧化铝、分散剂，得到纳米氧化铝凝胶分散液；步骤2，将纳米氧化铝凝胶分散液涂覆于聚乙烯隔膜，挥发去除溶剂，浸于非溶剂中静置，干燥后得到所述陶瓷涂层隔膜；所述改性聚丙烯酸酯按照重量份，包括原料组分：50
‑
100份丙烯酸酯、0.03
‑
0.5份1
‑
乙烯基
‑3‑
丁基咪唑四氟硼酸盐、0.1
‑
2份甲基丙烯酰氧丙基笼型聚倍半硅氧烷、0.1
‑
1份聚乙烯醇、0.3
‑
2份自由基引发剂。2.根据权利要求1所述的倍半硅氧烷的陶瓷涂层隔膜的制备方法，其特征在于，按照重量份，制备过程中投料包括：15
‑
20份改性聚丙烯酸酯、40
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60份溶剂A、3
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7份纳米氧化铝、1
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4份分散剂。3.根据权利要求1所述的倍半硅氧烷的陶瓷涂层隔膜的制备方法，其特征在于，所述改性聚丙烯酸酯的制备过程包括：将50
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100份丙烯酸酯、0.03
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0.5份1
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乙烯基
‑3‑
丁基咪唑四氟硼酸盐、0.1
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2份甲基丙烯酰氧丙基笼型聚倍半硅氧烷、0.1
‑
1份聚乙烯醇、0.3
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2份自由基引发剂，400
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500份溶剂B加入到反应釜中，于70
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80℃下反应60
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120min，蒸馏去除溶剂B，得到所述改性聚丙烯酸酯。4.根据权利要求1所述的倍半硅氧烷的陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴再庆，王金明，黄碧英，
申请(专利权)人：天能电池集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：