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CN113921992A - 高耐热锂电隔膜及其制备方法和应用 - Google Patents

高耐热锂电隔膜及其制备方法和应用 Download PDF

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CN113921992A CN202111088472.3A CN202111088472A CN113921992A CN 113921992 A CN113921992 A CN 113921992A CN 202111088472 A CN202111088472 A CN 202111088472A CN 113921992 A CN113921992 A CN 113921992A
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徐锋
苏碧海
李威
田海龙
王建华
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Abstract

本发明公开了一种高耐热锂电隔膜及其制备方法和应用，高耐热锂电浆料由10～20质量份数的惰性瓷球、71.5～84.9质量份数的水、5～8质量份数的胶黏剂和0.1～0.5质量份数的分散剂制备而成，其中，胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐。电池隔膜为在基膜上涂覆高耐热锂电浆料。本发明的高耐热锂电浆料不但能够提升锂电池在充放电过程中耐高温性，提升隔膜的绝缘性，而且可以提高电池隔膜的厚度以及透气度的一致性。

Description

高耐热锂电隔膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电池隔膜技术领域，具体来说涉及一种高耐热锂电隔膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着环境问题日益严峻，越来越多新能源项目收到社会关注，其中电动汽车更是颇受青睐，锂离子电池作为电动汽车的动力源其安全性以及续航能力等是科研重点，对于快节奏生活的现代人来说，锂电池的充放电过程中产生的热量更是人们关注的重点，而锂电池隔膜扮演者重要角色。基于以上，锂离子电池的耐高温问题成为人们更多关注的焦点，常规的锂电池隔膜为PP或PE隔膜，对于电池耐高热能力一般。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高耐热锂电浆料，该高耐热锂电浆料使用惰性瓷球，制成隔膜后可以有效提高电池耐热强度。
本发明的另一目的是提供上述高耐热锂电浆料的制备方法。
基于上述高耐热锂电浆料，本发明的另一目的是提供一种电池隔膜(高耐热锂电隔膜)。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种高耐热锂电浆料，由10～20质量份数的惰性瓷球、71.5～84.9质量份数的水、5～8质量份数的胶黏剂和0.1～0.5质量份数的分散剂制备而成，其中，所述胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐。
在上述技术方案中，惰性瓷球的D50为0.8-1微米、D90为0.9-2.1微米。
上述高耐热锂电浆料的制备方法，包括以下步骤：将惰性瓷球、水和分散剂混合均匀，再在超声混合的条件下，加入所述胶黏剂，继续超声混合15～20min，得到高耐热锂电浆料。
在上述技术方案中，将惰性瓷球、水和分散剂混合均匀的方法为：先将分散剂、水和惰性瓷球在行星搅拌设备中共混10～20min，再超声15～20min即可，其中，超声的频率为10～50KHZ，共混时行星搅拌设备的自转速度为2000～3100r/min，公转速度为30～50r/min。
在上述技术方案中，所述超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，其中，行星搅拌设备的自转转速为2000～3800r/min，公转速度为30～40r/min，超声波的频率为5～8kHz。
一种电池隔膜，在基膜上涂覆有所述高耐热锂电浆料。
制备上述电池隔膜的方法，包括：在基膜上进行单面涂布所述高耐热锂电浆料，烘干，得到所述电池隔膜。
在上述技术方案中，烘干的时间为1～3min，温度为50～70℃。
在上述技术方案中，涂布的速度为30～50m/min。
在上述技术方案中，涂布所形成涂层的厚度为2～5μm。
上述高耐热锂电浆料在提高隔膜厚度以及透气度一致性中的应用。
本发明的有益效果如下：
1.提升锂电池在充放电过程中耐高温性；
2.提升隔膜的绝缘性；
3.提高电池隔膜的厚度以及透气度的一致性。
附图说明
图1为实施例2所得电池隔膜在1万倍下的SEM；
图2为实施例2所得电池隔膜在2万倍下的SEM；
图3为实施例4所得电池隔膜在2万倍下的SEM。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
惰性瓷球的购买源洛阳中超。
聚丙烯酸铵盐购买自天津塞普瑞。
丙烯酸酯购买自上海三瑞。
PE膜的厚度为12微米。
实施例1
一种高耐热锂电浆料，由15质量份数的惰性瓷球、79.8质量份数的水、5质量份数的胶黏剂和0.2质量份数的分散剂制备而成，其中，胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐，惰性瓷球为主要成分为(Al2O3+SiO2)，惰性瓷球的D50为0.876微米、D90为1.749微米。
上述高耐热锂电浆料的制备方法，包括以下步骤：先将分散剂、水和惰性瓷球在行星搅拌设备中以3100r/min的自转速度、35r/min的公转速度共混10min，再以50KHZ的频率超声16min。再在超声混合的条件下，加入胶黏剂，继续超声混合17min，得到高耐热锂电浆料，其中，超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，行星搅拌设备的自转转速为2100r/min，公转速度为40r/min，超声波的频率为5kHz。
制备电池隔膜的方法，包括：采用涂布机在PE膜上进行单面涂布高耐热锂电浆料，经牵引辊牵引进入烘干设备于50℃烘干3min，得到电池隔膜，其中，涂布的速度为30m/min，涂布所形成涂层的厚度为4μm。
实施例2
一种高耐热锂电浆料，由15质量份数的惰性瓷球、78.7质量份数的水、6质量份数的胶黏剂和0.3质量份数的分散剂制备而成，其中，胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐，惰性瓷球为主要成分为(Al2O3+SiO2)，惰性瓷球的D50为0.876微米、D90为1.749微米。
上述高耐热锂电浆料的制备方法，包括以下步骤：先将分散剂、水和惰性瓷球在行星搅拌设备中以2000r/min的自转速度、30r/min的公转速度共混15min，再以30KHZ的频率超声17min。再在超声混合的条件下，加入胶黏剂，继续超声混合18min，得到高耐热锂电浆料，其中，超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，行星搅拌设备的自转转速为2800r/min，公转速度为30r/min，超声波的频率为6kHz。
制备电池隔膜的方法，包括：采用涂布机在PE膜上进行单面涂布高耐热锂电浆料，经牵引辊牵引进入烘干设备于60℃烘干3min，得到电池隔膜，其中，涂布的速度为40m/min，涂布所形成涂层的厚度为3μm。
实施例3
一种高耐热锂电浆料，由15质量份数的惰性瓷球、76.5质量份数的水、8质量份数的胶黏剂和0.5质量份数的分散剂制备而成，其中，胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐，惰性瓷球为主要成分为(Al2O3+SiO2)，惰性瓷球的D50为0.876微米、D90为1.749微米。
上述高耐热锂电浆料的制备方法，包括以下步骤：先将分散剂、水和惰性瓷球在行星搅拌设备中以2500r/min的自转速度、50r/min的公转速度共混20min，再以50KHZ的频率超声20min。再在超声混合的条件下，加入胶黏剂，继续超声混合20min，得到高耐热锂电浆料，其中，超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，行星搅拌设备的自转转速为3800r/min，公转速度为35r/min，超声波的频率为8kHz。
制备电池隔膜的方法，包括：采用涂布机在PE膜上进行单面涂布高耐热锂电浆料，经牵引辊牵引进入烘干设备于70℃烘干1min，得到电池隔膜，其中，涂布的速度为50m/min，涂布所形成涂层的厚度为2μm。
实施例4(用于对比)
一种高耐热锂电浆料，由15质量份数的常规氧化铝、78.7质量份数的水、6质量份数的胶黏剂和0.3质量份数的分散剂制备而成，其中，胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐。
上述高耐热锂电浆料的制备方法，包括以下步骤：先将分散剂、水和常规氧化铝在行星搅拌设备中以2000r/min的自转速度、30r/min的公转速度共混15min，再以30KHZ的频率超声17min。再在超声混合的条件下，加入胶黏剂，继续超声混合18min，得到高耐热锂电浆料，其中，超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，行星搅拌设备的自转转速为2800r/min，公转速度为30r/min，超声波的频率为6kHz。
制备电池隔膜(常规氧化铝隔膜)的方法，包括：采用涂布机在PE膜上进行单面涂布高耐热锂电浆料，经牵引辊牵引进入烘干设备于60℃烘干3min，得到电池隔膜，其中，涂布的速度为40m/min，涂布所形成涂层的厚度为3μm。
按照实施例2和实施例4的技术方案操作多次，获得电池隔膜的厚度和透气值如表2和3所示，实施例2所得电池隔膜比实施例4所得电池隔膜的厚度以及透气度的一致性要好。
按照实施例2和实施例4的技术方案操作多次获得电池隔膜的厚度的平均值和透气值的平均值如表1中的厚度和透气度所示。
另外对上述实施例1～4所得电池隔膜进行其他相关测试，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003266646460000051
由表1可知，由上述检测数据得出，使用惰性瓷球进行表面改性的电池隔膜150℃1H热收缩在3％以内，而常规氧化铝隔膜150℃1H热收缩在50-60％，本发明技术方案在不影响其他性能的情况下大大提升了隔膜耐热能力。
由表1所述检测数据得出，使用惰性瓷球进行表面改性的电池隔膜击穿电压最高可达2.7kv左右，而常规隔膜则只能达到1.41kv左右，本发明在不影响其他性能的情况下大大提升了隔膜的绝缘性。
另外，如图1、2可知，一万倍和两万倍的宏观状态下，可以看出惰性瓷球粒径的全貌，呈现类似圆球状，同时在基膜上大小分布均匀，能很好的粘接到隔膜上，又不会堵塞隔膜孔径，惰性瓷球平均粒径D90 0.951-2.082微米左右，形貌类球形，具有良好的分散性；常规氧化铝的粒径为D90 1.45微米左右，常规氧化铝隔膜如图3所示，由图3可知呈不规则大小形态，颗粒形貌大小不均匀，从而导致膜的厚度一致性减小，而影响厚度、透气等其他特性。
本发明提升隔膜的热稳定性，且增强机械强度，从而避免隔膜收缩导致的正负极大面积接触；提高了产品的耐刺穿性能，让电池能够长期使用，避免隔膜刺穿引发短路。
表2实施例2和实施例4所得电池隔膜的厚度
Figure BDA0003266646460000061
表3实施例2和实施例4所得电池隔膜的透气度
Figure BDA0003266646460000062
Figure BDA0003266646460000071
本发明的惰性瓷球的颗粒大小均匀，在基膜上分布整齐，形成良好的耐高温保护层，从而能够提高隔膜的耐热能力以及绝缘性能。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高耐热锂电浆料，其特征在于，由10～20质量份数的惰性瓷球、71.5～84.9质量份数的水、5～8质量份数的胶黏剂和0.1～0.5质量份数的分散剂制备而成，其中，所述胶黏剂为丙烯酸酯，分散剂为聚丙烯酸铵盐。
2.根据权利要求1所述的高耐热锂电浆料，其特征在于，惰性瓷球的D50为0.8-1微米、D90为0.9-2.1微米。
3.如权利要求1或2所述高耐热锂电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将惰性瓷球、水和分散剂混合均匀，再在超声混合的条件下，加入所述胶黏剂，继续超声混合15～20min，得到高耐热锂电浆料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将惰性瓷球、水和分散剂混合均匀的方法为：先将分散剂、水和惰性瓷球在行星搅拌设备中共混10～20min，再超声15～20min即可，其中，超声的频率为10～50KHZ，共混时行星搅拌设备的自转速度为2000～3100r/min，公转速度为30～50r/min。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述超声混合为：于行星搅拌设备中在真空条件下超声，其中，行星搅拌设备的自转转速为2000～3800r/min，公转速度为30～40r/min，超声波的频率为5～8kHz。
6.一种电池隔膜，在基膜上涂覆有如权利要求1所述的高耐热锂电浆料。
7.制备如权利要求6所述电池隔膜的方法，其特征在于，包括：在基膜上进行单面涂布所述高耐热锂电浆料，烘干，得到所述电池隔膜。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，烘干的时间为1～3min，温度为50～70℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，涂布的速度为30～50m/min。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，涂布所形成涂层的厚度为2～5μm。
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