一种锂离子电池用黄色陶瓷隔膜及其应用制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池用水性黄色陶瓷浆料在隔膜上的应用；本发明专利技术包括按照重量百分比计算的水溶性高分子增稠剂0.1-2％、水性分散剂0.1-2％、陶瓷颗粒80-99.7％、黄色硅酸锆1％-2％和水性乳胶0.1-5％；本发明专利技术中的水性陶瓷浆料不仅体系、粘度和颗粒度都稳定，不容易沉淀，而且对PP及PE基材都能浸润，不需要电晕等表面处理，同时浆料对PP及PE基材粘接性强、性价比要高。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用黄色陶瓷隔膜及其应用
本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及一种锂离子电池用黄色水性陶瓷浆料在隔膜上的应用。
技术介绍
锂离子电池由于具有能量密度高、工作电压高、应用温度范围宽、循环寿命长等优点，而被广泛用作各种移动设备的电源，然而随之也带来了一些锂离子电池应用的安全问题，特别是在锂离子电池在被滥用或者保护电路出问题时，容易发生着火甚至爆炸等安全事故。其中，锂离子电池隔膜因为具有隔离正负极、电子绝缘、提供正负极间锂离子穿梭的通道、吸收及保持电解液、保证电池循环寿命的作用，因而是电池组成中不可或缺的一个重要组件。在现有生产技术中，由于聚烯烃多孔膜具有电化学惰性、强度高、孔径可调及易薄形化、易产业化等优势，锂离子电池的电芯一般是采用聚烯烃多孔膜作为隔开正负极的隔膜，起到电子绝缘，离子导通的作用。然而聚烯烃多孔膜也具有先天的不足，那就是聚烯烃一般为熔点为130°C聚乙烯或者是熔点为160°C聚丙烯，此两种材料制造的多孔膜在90°C以上就会有较大程度的收缩，到达熔点后便会熔化，一旦隔膜有热收缩或者熔解，正负极极片就会发生短路，容易着火甚至爆炸。由于传统隔膜的存在熔点低、受热收缩较大(受热收缩后造成短路)、PP膜(单拉)纵向易撕裂且为直通孔(容易被锂枝晶穿透或刺穿，短路)、电解液浸润性能较差(PP及PE材料为低极性聚合物，电解液极性高)等缺点。人们对新型隔膜的进行了相应的研发，目前，改进的隔膜主要有芳纶隔膜和聚酰亚胺隔膜，其中芳纶隔膜虽然熔点高、耐热性能好，但是制备困难、工艺复杂。聚酰亚胺隔膜虽然熔点高、耐热性能、可电纺丝、孔隙率高、倍率好，但难薄型化、强度低且自放电大。另外、常规的纯氧化铝陶瓷浆料在进行单面涂覆后、难以识别涂覆面与非涂覆面、在生产过程中容易产生误判。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的之一在于，提供一种体系稳定、对基材浸润和粘结性好的锂离子电池黄色陶瓷隔膜；本专利技术的目的之二是，提供所述黄色水性陶瓷浆料的制备方法；本专利技术的目的之三是，提供一种涂覆了所述黄色水性陶瓷浆料的锂离子电池隔膜；该隔膜中陶瓷层不仅Gurley值变化小，不堵孔，而且吸收及保持电解液能力强，吸收电解液后仍能保持粘接性能；陶瓷层对电池性能没有负面的影响。本专利技术的目的之四是，提供一种锂离子电池，它包括将所述黄色水性陶瓷浆料涂布在电池隔膜上的方法。[0011 ] 本专利技术的目的之五是，提供一种循环性能好的锂离子电池，包括正极片、负极片和涂覆了所述黄色陶瓷浆料的隔膜。本专利技术是通过以下技术方案来实现的:一种锂离子电池用黄色水性陶瓷浆料；包括按照重量百分比计算的组合物20-70% 和水 30-80% ；其中，所述组合物包括按照重量百分比计算的水溶性高分子增稠剂0.1_2%、水性分散剂0.1-2%、陶瓷颗粒80-99.7%，黄色硅酸锆1%?2%和水性乳胶0.1-5% ；所述的水溶性高分子增稠剂的干胶在碳酸酯溶剂中的溶胀率小于5%，所述的水性乳胶是干料的溶度参数为17-25 (J/cm3)1/2的聚合物水性乳胶，所述水性乳胶的干料在碳酸酯溶剂中的溶胀度为100-1000%，且溶胀后的干胶的杨氏模量大于200MPa。其中所述组合物优选，包括按照重量百分比计算的水溶性高分子增稠剂0.2-2%,水性分散剂0.2-2%、陶瓷颗粒89-97.6%、黄色硅酸锆1%_5%和水性乳胶2_5%。较佳地，所述水性乳胶为是聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸丁酯，聚丙烯酸乙酯中的一种或几种组合物。其中，更优选所述聚甲基丙烯酸甲酯为δ?19.2(J/cm3)1/2的聚甲基丙烯酸甲酯，所述聚醋酸乙烯酯为δ?18.8(J/cm3)1/2的聚醋酸乙烯酯，聚甲基丙烯酸丁酯为δ?17.4 (J/cm3)1/2的聚甲基丙烯酸丁酯，聚丙烯酸乙酯为δ?18.4 (J/cm3)1/2的聚丙烯酸乙酯。所述水溶性高分子增稠剂为羧乙基纤维素、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)中的一种或几种组合物。所述水性分散剂为聚乙二醇(PEG)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAA-Na)中的一种或几种组合物。所述颗粒的粒径D50为0.2-5um,BET为l_15m2/g ;更优选二氧化硅，三氧化二铝，二氧化锆，α -氧化铝、二氧化钛、黄色硅酸锆中的一种或几种组合物。制备所述水性陶瓷浆料的方法；包括如下制备步骤:步骤Α、将所述量的水溶性高分子、分散剂和水先加入到预搅拌罐中，溶解完全，得到混合物I;步骤Β、往步骤Α所述混合物I中加入所述量的陶瓷颗粒和黄色硅酸锆，搅拌25-25分钟后进行研磨(优选在盘式研磨机中进行)，研磨到细度D90为3.5 μ m以下，得到混合物II ；步骤C、往步骤B所述混合物II中加入所述量的水性乳胶，慢速搅拌均匀后，用400目筛网(优选不锈钢筛网)过滤即制得所述黄色水性陶瓷浆料。一种涂覆了所述水性陶瓷浆料的锂离子电池正极片。所述正极片为水性锂钴氧化物正极极片或油性锂钴氧化物正极极片。一种涂覆了所述水性陶瓷浆料的锂离子电池负极片。较佳地，所述负极片为水性石墨负极极片或油性石墨负极极片。一种涂覆了所述水性陶瓷浆料的锂离子电池隔膜。所述隔膜为聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚酰亚胺多孔膜等单层多也膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合多孔膜。所述水性陶瓷浆料在隔膜或者正负极极片上的涂布方法；把所述水性陶瓷浆料，通过印刷机印刷或者涂布机处理到隔膜或者正负极极片上。一种锂离子电池，包括正极片、负极片和涂布了水性陶瓷浆料隔膜。当然，锂离子电池也还包括使用涂布了水性陶瓷浆料正极片、涂布了水性陶瓷浆料负极片和涂布了水性陶瓷浆料隔膜。本专利技术所述的陶瓷浆料包括水溶性高分子增稠剂、水性分散剂、陶瓷颗粒、黄色硅酸锆和水性乳胶；为了解决现有技术中的难点，一方面要求陶瓷颗粒是原子晶体，而且具有硬度高、熔点高、不溶于水、酸、碱、纯度高、颗粒度分布窄的特征；另一方面要求粘结剂与具有粘接性能好、高温下不溶解于电解液无化学反应电化学稳定(在高电压下不氧化)、吸收电解液(离子电导高、溶胀后，仍能保持一定的内聚力的性能)，因此本专利技术中，使用的水溶性高分子增稠剂、水性乳胶、陶瓷颗粒和水性分散剂需要经过一定条件的选择配伍；要求水溶性高分子增稠剂的干胶在碳酸酯溶剂中的溶胀率小于5%，所述的水性乳胶是干料的溶度参数为17-25 (J/cm3)1/2的聚合物水性乳胶，所述水性乳胶的干料在碳酸酯溶剂中的溶胀度为100-1000%，且溶胀后的干胶的杨氏模量大于200MPa。这样，最终制得的陶瓷浆料体系才稳定，颗粒度和粘度都稳定，不容易沉淀，而且对PP及PE基材的浸润好，不仅都能涂上，而且不需要电晕等表面处理，同时该陶瓷浆料对PP及PE基材粘接性都强，陶瓷浆料烘干后能牢牢粘在PE、PP上，性价比高。总之，本专利技术中所述的陶瓷浆料具有如下优点:(1)、稳定性高:常温下一个月不会沉降；(2)、通用性强:既适用于干法PP膜，又适用于湿法PE膜；(3)、固含量高:浆料固含量达45%，易于涂覆，效率高；(4)、粘接性好:与PP、PE膜结合后的粘接性好；(5)、透气度好:隔膜透气度变化在10%以内；(6)、电性能好:涂覆层有很好的吸收电解液的能力，有利于电芯的保液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用水性陶瓷浆料；其特征在于，包括按照重量百分比计算的组合物30?60％和水；其中，所述组合物包括按照重量百分比计算的增稠剂0.1?2％、水性分散剂0.1?2％、陶瓷颗粒80?99.7％、黄色硅酸锆1％?2％、水性乳胶0.1?5％；所述陶瓷颗粒的粒径D50为0.2?5um，BET为1?15m2/g。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用水性陶瓷浆料；其特征在于，包括按照重量百分比计算的组合物30-60% 和水；其中，所述组合物包括按照重量百分比计算的增稠剂0.1-2%、水性分散剂0.1-2%,陶瓷颗粒80-99.7%、黄色硅酸锆1% -2%、水性乳胶0.1-5%;所述陶瓷颗粒的粒径D50为0.2-5um, BET 为 l_15m2/g。2.根据权利要求1所述的水性陶瓷浆料；其特征在于:所述水溶性高分子增稠剂的干胶在碳酸酯溶剂中的溶胀率小于5%，所述水性乳胶是干料的溶度参数为17-25 (J/cm3)1/2的聚合物水性乳胶，所述水性乳胶的干料在碳酸酯溶剂中的溶胀度为100-1000 %，且溶胀后的干胶的杨氏模量大于200MPa。3.根据权利要求1所述的水性陶瓷浆料；其特征在于:所述水性乳胶为δ~19.2(J/cm3)1/2的聚甲基丙烯酸甲酯、δ ^ 18.8 (J/cm3)1/2的聚醋酸乙烯酯、δ ^ 17.4(J/cm3)1/2的聚甲基丙烯酸丁酯、δ~18.4(J/cm3)1/2的聚丙烯酸乙酯的一种或几种组合物。4.根据权利要求1所述的水性陶瓷浆料；其特征在于:所述水溶性高分子增稠剂为羧乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学泽，
申请(专利权)人：东莞市易威科电子科技有限公司，惠州市德维电子有限公司，
类型：发明
国别省市：