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CN110838567A - 一种pvdf隔膜浆料、制备方法及其制备的隔膜和电芯 - Google Patents

一种pvdf隔膜浆料、制备方法及其制备的隔膜和电芯 Download PDF

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袁海朝
徐锋
贾亚峰
苏碧海
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Abstract

本发明公开了一种PVDF隔膜浆料，包括质量比为(2‑6)：(2.5‑3)：0.1：(0.8‑1)：(1.0‑1.2)：(17‑23.36)的高粘结力乳液、PVDF、分散剂、增稠剂、粘结剂和去离子水。改隔膜浆料在PVDF浆料的基础上，添加和负极片具备高粘结力的添加物，以提高该隔膜浆料所制备的隔膜与负极片之间的粘结力。应用该隔膜浆料制备的隔膜与负极片之间的粘结力良好，制得的电芯经热压之后断层现象得到显著改善，满足设计要求。

Description

一种PVDF隔膜浆料、制备方法及其制备的隔膜和电芯
技术领域
本发明涉及电池隔膜技术领域，特别是涉及一种PVDF隔膜浆料、制备方法及其制备的隔膜和电芯。
背景技术
PVDF涂层隔膜在电池应用中，主要是凝胶电解质原理，以及粘结隔膜与极片的作用，增加电芯的硬度。
在电池热压进行定型的时候，PVDF涂层和正极片间的粘结力比较强。相对的，和负极片之间粘结力很差。导致电池在制备的过程中会概率性的出现电芯中间断层的现象，即电芯没有压实的现象。随着电池企业中叠片工艺的出现，在电池制备时就会更加容易出现中间断层的现象。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中PVDF涂层与负极片粘结力差的缺陷，而提供一种PVDF隔膜浆料，在PVDF浆料的基础上，添加和负极片具备高粘结力的添加物，以提高该隔膜浆料所制备的隔膜与负极片之间的粘结力。
本发明的另一个目的是，提供上述PVDF隔膜浆料的制备方法，该方法步骤简单适合工业生产。
本发明的另一个目的是，提供上述PVDF隔膜浆料所制备的隔膜，该隔膜与负极片有较好的粘结力。
本发明的另一个目的是，提供上述隔膜制备的电芯，该电芯经热压后由于隔膜与负极粘结良好，断层现象得到较好改善，满足设计要求。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种PVDF隔膜浆料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：向高粘结力乳液中加入去离子水，稀释到10％固含量得溶液A；
步骤2：向去离子水中加入PVDF和分散剂，分散均匀得溶液B；
步骤3：将溶液A和溶液B混合均匀后砂磨得混合液；
步骤4：向混合液中加入增稠剂和粘结剂，分散均匀得PVDF隔膜浆料。
在上述技术方案中，步骤3中所述砂磨的速度为500-1000RPM，时间为10-30min。
在上述技术方案中，所述高粘结力乳液、PVDF、分散剂、增稠剂、粘结剂和去离子水的质量比为(2-6)：(2.5-3.0)：0.1：(0.8-1.0)：(1.0-1.2)：(17.00-23.36)。
在上述技术方案中，所述高粘结力乳液为聚丙烯腈、环氧树脂、丁苯橡胶中的一种或任意比例的混合；
所述分散剂为改性聚醚聚合物、脂肪醇类、聚乙二醇烷基芳基醚磺酸钠、烷基酚聚乙烯醚、聚氧乙烯烷基酚基醚、聚丙烯酸钠中的一种或任意比例的混合；
增稠剂为PVA、PEG、PVP、CMC中的一种或任意比例的混合；
粘结剂为聚丙烯酸甲酯、黄原胶中的一种或任意比例的混合。
本发明的另一个目的，上述制备方法制备得到的PVDF隔膜浆料。
本发明的另一个目的，一种隔膜，包括基膜和涂覆在所述基膜一侧的PVDF涂层，其中所述PVDF涂层通过以下方法制备：
通过旋转喷涂工艺将上述PVDF隔膜浆料涂覆于基膜的一侧，烘干，得到PVDF涂层。
在上述技术方案中，所述烘干的烘干时间为1.5-2min，烘干温度为55-75℃。
在上述技术方案中，所述PVDF涂层的厚度为2-4微米，基膜的厚度为12um。
横向热收缩率为0.1-0.5％，纵向热收缩率为0.1-1.0％；针刺强度为4.8-6.5N；破膜温度为140-160℃，击穿电压为1000-2000V。
本发明的另一个目的，高粘结力乳液在PVDF隔膜浆料中的应用，所述PVDF隔膜浆料形成的隔膜与负极片之间的粘结力为30-100N/m单位。
本发明的另一个目的，一种电芯，包括正极、负极和如权利要求6所述的隔膜，所述隔膜中涂覆有PVDF涂层的一侧与负极片相对。其中正极为三元材料，负极为石墨材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提供的PVDF隔膜浆料在PVDF浆料的基础上，添加和负极片具备高粘结力的高粘结力乳液，以提高该隔膜浆料所制备的隔膜与负极片之间的粘结力。
2.应用本发明提供的隔膜制备的电芯经热压之后断层现象得到较好改善，满足设计要求。
附图说明
图1所示为实施例1中PVDF隔膜浆料的电镜图。
图2所示为对比例1中所得电芯的内部图。
图3所示为对比例1所得电芯的侧面图。
图4所示为实施例1中所得电芯的内部图。
图5所示为实施例1所得电芯的侧面图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
对比例1
向23.36kg去离子水中添加3kgPVDF和0.1kg改性聚醚聚合物，混合搅拌2h，使之分散均匀，混合均匀后一起进行砂磨，砂磨的速度为500RPM，时间为30min。砂磨后再依次添加1.0kgPVA，1.2kg聚丙烯酸甲酯，搅拌均匀后即可得到PVDF隔膜浆料。通过旋转喷涂工艺将上述PVDF隔膜浆料涂覆于基膜或陶瓷膜的一侧，再经过55℃的烘箱，烘烤干燥1.5min形成2um的涂层，得到隔膜。
一种电芯，包括对比例1中的隔膜，其中隔膜中涂覆有PVDF涂层的一侧与负极片相对。如图2所示，应用对比例1中隔膜的电芯，其热压后隔膜与负极片之间的粘结效果较差。图3是该电芯的侧面图，可以看出，经过热压后，由于隔膜与负极片粘结不好，导致卷芯中间有断层，不满足设计要求。
实施例1
本实施例与对比例1相比添加高粘结力乳液。
向6kg聚丙烯腈中添加6kg去离子水进行浓度稀释，稀释后为溶液A。向17.36kg去离子水中添加3kgPVDF和0.1kg改性聚醚聚合物，混合搅拌2h，使之分散均匀，得到溶液B。将A和B进行搅拌混合，混合均匀后一起进行砂磨，砂磨的速度为500RPM，时间为30min。砂磨后再依次添加1.0kgPVA，1.2kg聚丙烯酸甲酯，搅拌均匀后即可得到1号PVDF隔膜浆料，其电镜图如图1所示，其中可以看出，PVDF与高粘结力乳液已经混为一体，相容性良好。
通过旋转喷涂工艺将上述PVDF隔膜浆料涂覆于基膜或陶瓷膜的一侧，再经过55℃的烘箱，烘烤干燥1.5min形成2um的涂层，得到1号隔膜。
120℃烘烤1小时，所得1号隔膜的横向热收缩率为0.3％，纵向热收缩率为0.8％；针刺强度为5.5N；破膜温度为148℃，击穿电压为1242V。
采用拉力机(100mm/min)进行剥离强度检测。1号隔膜与负极片之间的粘结力为50N/m单位。对比例中隔膜与负极片之间的粘结力为25N/m单位。
一种电芯，正极为三元材料，负极为石墨，包括1号隔膜，其中隔膜中涂覆有PVDF涂层的一侧与负极片相对。热压参数：85℃，0.3MPa，60s。如图3所示，热压后隔膜已将负极片上的石墨粘下来，表明其与负极片间的粘结效果良好。图4是该电芯的侧面图，可以看出，经热压之后，由于隔膜与负极片之间的粘结良好，电芯热压后未出现断层，满足设计要求。
实施例2
向4kg环氧树脂中添加4kg去离子水进行浓度稀释，稀释后为溶液A。向15kg去离子水中添加2.5kgPVDF和0.1kg脂肪醇类，混合搅拌2h，使之分散均匀，得到溶液B。将A和B进行搅拌混合，混合均匀后一起进行砂磨，砂磨的速度为1000RPM，时间为20min.砂磨后再依次添加0.8kg PEG，1.0kg黄原胶。搅拌均匀后即可得到2号PVDF隔膜浆料。
通过旋转喷涂工艺将上述PVDF喷涂浆料涂覆于基膜或陶瓷膜的一侧，再经过65℃的烘箱，烘烤干燥2.0min形成3um的涂层，得到2号隔膜。
120℃烘烤1小时，所得2号隔膜的横向热收缩率为0.4％，纵向热收缩率为1.0％；针刺强度为5.3N；破膜温度为149℃，击穿电压为1238V。
实施例3
向2kg丁苯橡胶中添加2kg去离子水进行浓度稀释，稀释后为溶液A。向15kg去离子水中添加2.5kgPVDF和0.1kg聚乙二醇烷基芳基醚磺酸钠，混合搅拌2h，使之分散均匀，得到溶液B。将A和B进行搅拌混合，混合均匀后一起进行砂磨，砂磨后再依次添加0.8kgCMC，1.0kg黄原胶。搅拌均匀后即可得到3号PVDF隔膜浆料。
通过旋转喷涂工艺将上述PVDF喷涂浆料涂覆于基膜或陶瓷膜的一侧，再经过75℃的烘箱，烘烤干燥1.5min形成4um的涂层，得到3号隔膜。
120℃烘烤1小时，所得3号隔膜的横向热收缩率为0.4％，纵向热收缩率为0.8％；针刺强度为5.6N；破膜温度为148℃，击穿电压为1251V。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种PVDF隔膜浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：向高粘结力乳液中加入去离子水，稀释，得溶液A；
步骤2：向去离子水中加入PVDF和分散剂，分散均匀得溶液B；
步骤3：将溶液A和溶液B混合均匀后砂磨得混合液；
步骤4：向混合液中加入增稠剂和粘结剂，分散均匀得PVDF隔膜浆料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤中所述砂磨的速度为500-1000RPM，时间为10-30min。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高粘结力乳液、PVDF、分散剂、增稠剂、粘结剂和去离子水的质量比为(2-6)：(2.5-3.0)：0.1：(0.8-1.0)：(1.0-1.2)：(17.00-23.36)。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述高粘结力乳液为聚丙烯腈、环氧树脂、丁苯橡胶中的一种或任意比例的混合；
所述分散剂为改性聚醚聚合物、脂肪醇类、聚乙二醇烷基芳基醚磺酸钠、烷基酚聚乙烯醚、聚氧乙烯烷基酚基醚、聚丙烯酸钠中的一种或任意比例的混合；
增稠剂为PVA、PEG、PVP、CMC中的一种或任意比例的混合；
粘结剂为聚丙烯酸甲酯、黄原胶中的一种或任意比例的混合。
5.利用如权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的PVDF隔膜浆料。
6.一种隔膜，其特征在于，包括基膜和涂覆在所述基膜一侧的PVDF涂层，其中所述PVDF涂层通过以下方法制备：
通过旋转喷涂工艺将权利要求5所述的PVDF隔膜浆料涂覆于基膜的一侧，烘干，得到PVDF涂层。
7.如权利要求6所述的隔膜，其特征在于，所述烘干的烘干时间为1.5-2min，烘干温度为55-75℃。
8.如权利要求6所述的隔膜，其特征在于，所述PVDF涂层的厚度为2-4微米，基膜的厚度为5-16um。
9.高粘结力乳液在PVDF隔膜浆料中的应用，其特征在于，所述PVDF隔膜浆料形成的隔膜与负极片之间的粘结力为30-100N/m单位。
10.一种电芯，其特征在于，包括正极、负极和如权利要求6所述的隔膜，所述隔膜中涂覆有PVDF涂层的一侧与负极片相对。
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