CN109762385A - 一种锂电薄膜涂覆用水性涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，其特征在于：所述水性涂料由如下组分构成：该涂料包含成膜物质，颜料，分散剂，防沉剂，表面活性剂，成膜固化剂，其余为水。优点是：采用低比表面积粉体，并通过疏水性分散剂对粉末进行处理，较大降低粉末对水分的保持能力，同时，采用的成膜物质，自成膜能力强，能够在成膜之后实现没有或者少量含有亲水基团，并通过成膜固化剂来交联成膜，进一步降低成膜物质的亲水基团，多余的成膜固化剂还能继续与剩余的水分发生反应，产生CO₂，在涂层溢出；取缔纤维素增稠剂来防止浆料沉降，通过不含亲水基团的防沉剂来实现浆料的稳定性，从而使陶瓷涂层不引入吸水或保水基团。

Description

一种锂电薄膜涂覆用水性涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂电薄膜技术领域，尤其涉及了一种锂离子电池薄膜涂覆用水性涂料，还涉及一种锂离子电池薄膜涂覆用水性涂料的制备方法。

背景技术

陶瓷隔膜主要含有陶瓷粉体、成膜物质、增稠剂、分散剂以及表面活性剂等，其中，锂电隔膜用的陶瓷粉体的比表面积大概在6-20m²/g之间，具备较强的吸湿性，容易吸附空气中的水分；增稠剂主要采用纤维素类，是一种强烈的保水剂、吸湿剂；而成膜物质主要采用丙烯酸、聚氨酯类胶粘剂，其含有较多的羧基、羟基以及氰基等亲水基团，对水分具有一定的保持能力，因此现有技术的陶瓷隔膜比传统隔膜含水量大大增加，所以如何去除的水分是一件重要问题。

发明内容

本发明的目的是：针对上述不足，提供一种锂离子电池薄膜涂覆用水性涂料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，所述水性涂料由如下组分构成：该涂料包含成膜物质2-5wt％，颜料35-45wt％，分散剂0.1-1wt％，防沉剂0.1-1wt％，表面活性剂0.1-1wt％，成膜固化剂0.05-1％，其余为水，合计100％。

所述成膜物质为水性乳液，不含有羧基，包含聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、丁苯乳胶、酚醛树脂、聚酯树脂中的一种或多种。

所述颜料形貌为近球形，粒径分布D10≥0.2um，D50为0.6-0.8um，D90≤1.8um，BET在3-5m²/g，包含氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅、勃姆石、氢氧化钙、氢氧化镁、硫酸钡中一种或多种。

所述分散剂为水性体系，为超疏水型分散剂或含有较少的羧基、羟基、氰基的分散剂，包括均聚物、氧化均聚物、乙烯－丙烯酸共聚物、乙烯－醋酸乙烯共聚物、低分子离聚物中一种或多种。

所述防沉剂不含有羧基、羟基、氰基等亲水基团，包括有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚烯烃腊、改性氢氧蓖麻油、改性聚脲N－甲基吡咯烷酮、聚丙烯酸酯改性化合物、聚氨酯改性化合物中的一种或多种。

所述表面活性剂为氟代烷基甲氧基醚醇、氟代烷基乙氧基醚醇、聚氧乙烯烷基酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种的组合。

所述成膜固化剂为异氰酸酯、氮丙啶中的一种。

一种锂电薄膜涂覆用水性涂料的制备方法，此水性涂料的制备方法如下：

第一步：将分散剂和颜料分次加入水中，在高速分散机中以5000-10000r/min的转速搅拌20min，使之混合均匀；

第二步：在第一步的基础上加入防沉剂，并在在2000-5000r/min的转速下搅拌10min，再转入到砂磨机中研磨，1000r/min研磨30min，使防沉剂均匀分布并活化；

第三步：再第二步的基础上分次加入成膜物质、表面活性剂，在500r/min的慢速下搅拌30min后得到稳定的涂料A；

第四步：将涂料A加入成膜固化剂，500r/min慢搅拌20min后获得最终涂料B。

所述涂料B必需在4h内施工完成。

与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：采用低比表面积粉体，并通过疏水性分散剂对粉末进行处理，较大降低粉末对水分的保持能力，同时，采用的成膜物质，自成膜能力强，能够在成膜之后实现没有或者少量含有亲水基团，并通过成膜固化剂来交联成膜，进一步降低成膜物质的亲水基团，多余的成膜固化剂还能继续与剩余的水分发生反应，产生CO₂，在涂层溢出；取缔纤维素增稠剂来防止浆料沉降，通过不含亲水基团的防沉剂来实现浆料的稳定性，从而使陶瓷涂层不引入吸水或保水基团。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

本发明的一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，该涂料由如下组分构成：成膜物质聚丙烯酸酯、颜料硫酸钡、分散剂丙烯酸钠盐、防沉剂聚丙烯酸酯改性化合物、表面活性剂聚氧乙烯烷基酰胺、成膜固化剂氮丙啶以及溶剂水，其中，各组分的质量份为：成膜物质2.5、颜料36.9、分散剂0.2、防沉剂0.15、表面活性剂0.2、成膜固化剂0.05、水60。

第一步：将分散剂丙烯酸钠盐和硫酸钡分次加入水中，在高速分散机中以8000r/min的转速搅拌20min，使之混合均匀；

第二步：在第一步的基础上加入聚丙烯酸酯改性化合物，并在在4000r/min的转速下搅拌10min，再转入到砂磨机中研磨，1000r/min研磨30min，使聚丙烯酸酯改性化合物均匀分布并活化；

第三步：再第二步的基础上分次加入聚丙烯酸酯、聚氧乙烯烷基酰胺，在500r/min的慢速下搅拌30min后得到稳定的涂料A。

第四步：将涂料A加入氮丙啶，500r/min慢搅拌20min后获得最终涂料B，涂料B必需在4h内施工完成。

实施例二：

本发明的一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，该涂料由如下组分构成：成膜物质聚氨酯、颜料氧化铝、分散剂丙烯酸氨盐、防沉剂改性聚脲N－甲基吡咯烷酮、表面活性剂氟代烷基甲氧基醚醇、成膜固化剂氮丙啶以及溶剂水，其中，各组分的质量份为：成膜物质3、颜料41.3、分散剂0.2、防沉剂0.2、表面活性剂0.2、成膜固化剂0.1、水55。

第一步：将分散剂丙烯酸氨盐和氧化铝分次加入水中，在高速分散机中以8000r/min的转速搅拌20min，使之混合均匀；

第二步：在第一步的基础上加入改性聚脲N－甲基吡咯烷酮，并在在4000r/min的转速下搅拌10min，再转入到砂磨机中研磨，1000r/min研磨30min，使改性聚脲N－甲基吡咯烷酮均匀分布并活化；

第三步：再第二步的基础上分次加入聚氨酯、氟代烷基甲氧基醚醇，在500r/min的慢速下搅拌30min后得到稳定的涂料A。

第四步：将涂料A加入氮丙啶，500r/min慢搅拌20min后获得最终涂料B，涂料B必需在4h内施工完成。

实施例三：

本发明的一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，该涂料由如下组分构成：成膜物质聚氨酯、颜料氧化铝、分散剂丙烯酸氨盐、防沉剂改性聚脲N－甲基吡咯烷酮、表面活性剂氟代烷基甲氧基醚醇、成膜固化剂氮丙啶以及溶剂水，其中，各组分的质量份为：成膜物质2、颜料35.4、分散剂0.2、防沉剂0.15、表面活性剂0.2、成膜固化剂0.05、水62。

第一步：将分散剂丙烯酸氨盐和氧化铝分次加入水中，在高速分散机中以8000r/min的转速搅拌20min，使之混合均匀；

第二步：在第一步的基础上加入改性聚脲N－甲基吡咯烷酮，并在在4000r/min的转速下搅拌10min，再转入到砂磨机中研磨，1000r/min研磨30min，使改性聚脲N－甲基吡咯烷酮均匀分布并活化；

第三步：再第二步的基础上分次加入聚氨酯、氟代烷基甲氧基醚醇，在500r/min的慢速下搅拌30min后得到稳定的涂料A。

第四步：将涂料A加入氮丙啶，500r/min慢搅拌20min后获得最终涂料B，涂料B必需在4h内施工完成。

与现有技术相比，本发明所达到的技术效果是：采用低比表面积粉体，并通过疏水性分散剂对粉末进行处理，较大降低粉末对水分的保持能力，同时，采用的成膜物质，自成膜能力强，能够在成膜之后实现没有或者少量含有亲水基团，并通过成膜固化剂来交联成膜，进一步降低成膜物质的亲水基团，多余的成膜固化剂还能继续与剩余的水分发生反应，产生CO₂，在涂层溢出；取缔纤维素增稠剂来防止浆料沉降，通过不含亲水基团的防沉剂来实现浆料的稳定性，从而使陶瓷涂层不引入吸水或保水基团。

对比组：

一种锂电用功能陶瓷涂层复合隔膜，该复合隔膜由如下组分构成：陶瓷粉体、粘结剂、增稠剂、润湿剂，其中，各组分的质量份为：陶瓷粉体93、粘结剂6、增稠剂0.8、润湿剂0.2。

一种锂电用功能陶瓷涂层复合隔膜的制备方法，制备步骤如下：

步骤一：将93份勃姆石加入到250份水中，分散均匀制备成分散液1，分散速度为2500r/min，时间为1h；

步骤二：在分散液1中加入0.8份羧甲基纤维素钠，进行高速搅拌制备成分散液2，搅拌速度为5000r/min，时间为1h；

步骤三：在步骤二后加入6份丙烯酸酯、0.2份聚醚丙烯酸树脂，制备成成品浆料，搅拌速度为800r/min，时间为30min；

步骤四：利用微凹版涂布机，将前面三个步骤制备浆料均匀的涂覆于12μm厚聚乙烯基膜的一面，并在50℃左右烘干，制备16μm厚的陶瓷有机复合涂层隔膜。

对以上发明的实施和对比例所得锂电隔膜性能进行测试，数据见下表一：

由表一数据可知，本发明的3个实施例功能陶瓷有机涂层在透气度、抗拉强度、热收缩、水含量、剥离强度都明显强于普通陶瓷涂层，其中，实例1的数据最佳。

Claims (9)

1.一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，其特征在于：所述水性涂料由如下组分构成：该涂料包含成膜物质2-5wt％，颜料35-45wt％，分散剂0.1-1wt％，防沉剂0.1-1wt％，表面活性剂0.1-1wt％，成膜固化剂0.05-1％，其余为水，合计100％。

2.根据权利要求1所述的一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，其特征在于：所述成膜物质为水性乳液，不含有羧基，包含聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醋酸乙烯酯、丁苯乳胶、酚醛树脂、聚酯树脂中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，其特征在于：所述颜料形貌为近球形，粒径分布D10≥0.2um，D50为0.6-0.8um，D90≤1.8um，BET在3-5m²/g，包含氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅、勃姆石、氢氧化钙、氢氧化镁、硫酸钡中一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，其特征在于：所述分散剂为水性体系，为超疏水型分散剂或含有较少的羧基、羟基、氰基的分散剂，包括均聚物、氧化均聚物、乙烯－丙烯酸共聚物、乙烯－醋酸乙烯共聚物、低分子离聚物中一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，其特征在于：所述防沉剂不含有羧基、羟基、氰基等亲水基团，包括有机膨润土、蓖麻油衍生物、气相二氧化硅、聚烯烃腊、改性氢氧蓖麻油、改性聚脲N－甲基吡咯烷酮、聚丙烯酸酯改性化合物、聚氨酯改性化合物中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，其特征在于：所述表面活性剂为氟代烷基甲氧基醚醇、氟代烷基乙氧基醚醇、聚氧乙烯烷基酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或多种的组合。

7.根据权利要求1所述的一种锂电薄膜涂覆用水性涂料，其特征在于：所述成膜固化剂为异氰酸酯、氮丙啶中的一种。

8.一种锂电薄膜涂覆用水性涂料的制备方法，其特征在于：此水性涂料的制备方法如下：

第一步：将分散剂和颜料分次加入水中，在高速分散机中以5000-10000r/min的转速搅拌20min，使之混合均匀；

第二步：在第一步的基础上加入防沉剂，并在在2000-5000r/min的转速下搅拌10min，再转入到砂磨机中研磨，1000r/min研磨30min，使防沉剂均匀分布并活化；

第三步：再第二步的基础上分次加入成膜物质、表面活性剂，在500r/min的慢速下搅拌30min后得到稳定的涂料A；

第四步：将涂料A加入成膜固化剂，500r/min慢搅拌20min后获得最终涂料B。

9.根据权利要求8所述的一种锂电薄膜涂覆用水性涂料的制备方法，其特征在于：所述涂料B必需在4h内施工完成。