一种兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜的制备方法，将由改性剂、陶瓷粉体和粘结剂制备的浆料涂覆到基膜表面形成改性界面层，经真空干燥，得到兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜，利用具有高导热性和高导电性的改性剂在陶瓷粉体或改性界面层中构建分布均匀的导热导电网络，当由所述锂离子电池隔膜制备的锂电池的高倍率放电散热量过大时，陶瓷粉体中的导热导电网络可起到良好的散热性，避免了局部热量聚集导致隔膜熔破，导致正负极接触电池短路，造成的起火爆炸等安全问题；此外，在陶瓷粉体或改性界面层中分散均匀的导热导电网络，可显著减小锂电池大倍率充放电时电极片与隔膜表面的界面阻抗，从而提高锂电池的倍率性能。倍率性能。倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池隔膜
，尤其涉及一种兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具备高的能量密度和良好的循环性能等优点，在便携式设备中已经获得了极其广泛的应用。然而，其在更大规模的应用领域，特别是在动力电池以及电网储能等领域的应用，对锂离子电池的功率密度和安全性能提出了更高的要求。
[0003]锂离子电池的安全性主要取决于所使用的隔膜材料，在锂电池中隔膜对正极和负极进行物理阻隔，防止正负极接触发生短路、起火，在某种程度上来说隔膜对锂电池的安全起到至关重要的作用。
[0004]隔膜是置于电池正负极之间的多微孔薄膜，离子可以自由通过，同时隔断正负极的直接接触。目前，各大电池生产商所使用的隔膜材料主要是聚烯烃类的多孔聚合物薄膜，使用这种隔膜材料的大型锂离子电池在滥用状态时，易于诱导电池内部高温。由于聚烯烃的熔融温度较低(聚乙烯约130℃，聚丙烯160℃)，在高温下易发生热收缩，进而造成电池内部大面积短路，加剧热量积累，产生电池内部气压增高，引起电池燃烧或爆炸。同时，聚烯烃树脂为疏水材料，对于常见的陶瓷涂层所用陶瓷为纳米氧化物粒子，其比表面能大，表面活性高，由于聚烯烃隔膜自身的疏水性能，没有极性基团、表面能低，导致其对电解液的浸润和保存性能差，增加了阻抗，限制了锂电池大倍率充放电性能，这会影响隔膜在锂离子电池中的使用性能。此外，现有技术制备了一种利用包括树脂层和亚克力胶层形成的锂电池复合涂层隔膜，但是所述隔膜在电池充放电过程中易发生堵孔，影响电池的倍率性能。因此，研发一种兼具高导热性、高倍率的锂电池隔膜是现有技术所要解决的重要技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的隔膜在高倍率充放电循环过程中存在倍率性能差、温度高影响电池安全性能的问题，本专利技术的目的在于提供一种兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜及其制备方法，利用本专利技术提供的方法制备的所述锂离子电池隔膜，兼具有高导热和高倍率性，热收缩性能优异，可显著提高锂离子电池在高倍率放电时的容量保持率，且制备方法简单，可工业化生产。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：（1）将改性剂、陶瓷粉体和粘结剂混合后进行研磨，得到研磨后的粉末；所述改性剂为乙炔黑、科琴黑、石墨烯、石墨片、碳纳米管中的一种或多种；（2）将所述步骤（1）得到的研磨后的粉末和溶剂混合后，进行搅拌，得到浆料；（3）将所述步骤（2）得到的浆料涂覆到基膜表面，形成改性界面层；所述涂覆完成
后，将所述涂覆的产物进行真空干燥，得到兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜。
[0007]优选地，所述步骤（1）中陶瓷粉体为氧化铝、勃姆石、锂镧锆钛氧、磷酸铝钛锂中的一种或多种。
[0008]优选地，所述步骤（1）中粘结剂为羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中的一种或多种。
[0009]优选地，所述步骤（1）中改性剂、陶瓷粉体和粘结剂的质量比为（1~99）：（1~99）：（1~20）。
[0010]优选地，所述步骤（2）中搅拌的转速为500~2000 r/min，搅拌的时间为1~10h。
[0011]优选地，所述步骤（3）中涂覆的方式为微凹辊涂覆；所述微凹辊涂覆的凹版辊刻度为0.8~6μm，所述微凹辊涂覆的速度为1~50m/min。
[0012]优选地，所述步骤（3）中基膜为PE膜、PP膜、PET膜、PI膜、纤维素膜中的任意一种。
[0013]优选地，所述步骤（3）中基膜的厚度为5~20μm，所述基膜的孔径为20~50nm，所述基膜的孔隙率为30%~50%，所述基膜的透气值为70~200sec/100cc。
[0014]优选地，所述步骤（3）中改性界面层的厚度为0.8~6μm。
[0015]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜。
[0016]本专利技术提供了一种兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜的制备方法，利用乙炔黑、科琴黑、石墨烯、石墨片、碳纳米管中的一种或多种作为改性剂，将由改性剂、陶瓷粉体和粘结剂制备的浆料涂覆到基膜表面形成改性界面层，经真空干燥，得到兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜，通过改性剂、陶瓷粉体和粘结剂混合均匀，利用具有高导热性和高导电性的改性剂在陶瓷粉体或改性界面层中构建分布均匀的导热导电网络，当由所述锂离子电池隔膜制备的锂电池的高倍率放电散热量过大时，陶瓷粉体或改性界面层中的导热导电网络可起到良好的散热性，避免了局部热量聚集导致隔膜熔破，导致正负极接触电池短路，造成的起火爆炸等安全问题；此外，在陶瓷粉体或改性界面层中分散均匀的导热导电网络，可显著减小锂电池大倍率充放电时电极片与隔膜表面的界面阻抗，从而提高锂电池的倍率性能。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例1中制备的12PE
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3C
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PE隔膜的SEM图；图2为本专利技术实施例1中使用的PE隔膜的SEM图；图3为本专利技术实施例1、实施例2和对比例3中制备相应锂离子电池隔膜的倍率性能对比图。
具体实施方式
[0018]本专利技术提供了一种兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：（1）将改性剂、陶瓷粉体和粘结剂混合后进行研磨，得到研磨后的粉末；所述改性剂为乙炔黑、科琴黑、石墨烯、石墨片、碳纳米管中的一种或多种；（2）将所述步骤（1）得到的研磨后的粉末和溶剂混合后，进行搅拌，得到浆料；
（3）将所述步骤（2）得到的浆料涂覆到基膜表面，形成改性界面层；所述涂覆完成后，将所述涂覆的产物进行真空干燥，得到兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜。
[0019]在本专利技术中，若无特殊说明，所采用的原料均为本领域常规市售产品。
[0020]本专利技术将改性剂、陶瓷粉体和粘结剂混合后进行研磨，得到研磨后的粉末。
[0021]本专利技术对所述研磨后的粉末的粒径没有特殊的限制，研磨得到本领域常规粒径范围的研磨后的粉末即可。在本专利技术中，所述陶瓷粉体优选为氧化铝、勃姆石、LLZTO、LATP中的一种或多种。
[0022]在本专利技术中，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中的一种或多种。
[0023]在本专利技术中，所述改性剂、陶瓷粉体和粘结剂的质量比优选为（1~99）：（1~99）：（1~20），更优选为（（1~20）：（50~90）：3）。本专利技术控制改性剂、陶瓷粉体和粘结剂的质量比在上述范围，以通过引入导电率高且比表面积大的改性剂提高后续制备的改性界面层的导热和导电性；同时改性剂中的缺陷位点也促进Li
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的在电极与隔膜界面的快速迁移，通过控制三者的用量，以实现显著提高制备的所述锂离子电池隔膜的热收缩性和倍率性能。
[0024]本专利技术对研磨的方式没有特殊的限制，采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：（1）将改性剂、陶瓷粉体和粘结剂混合后进行研磨，得到研磨后的粉末；所述改性剂为乙炔黑、科琴黑、石墨烯、石墨片、碳纳米管中的一种或多种；（2）将所述步骤（1）得到的研磨后的粉末和溶剂混合后，进行搅拌，得到浆料；（3）将所述步骤（2）得到的浆料涂覆到基膜表面，形成改性界面层；所述涂覆完成后，将所述涂覆的产物进行真空干燥，得到兼具导热和倍率性的锂离子电池隔膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中陶瓷粉体为氧化铝、勃姆石、锂镧锆钛氧、磷酸铝钛锂中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中粘结剂为羧甲基纤维素钠、羧乙基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中改性剂、陶瓷粉体和粘结剂的质量比为（1~99）：（1~99）：（1~20...

【专利技术属性】
技术研发人员：马越，刘婷，汤尹雯，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：