本发明属于锂电池,具体是涉及一种锂电池隔膜和涂层浆料以及涂层浆料的制备方法和应用。
背景技术:
1、锂离子电池是一种二次电池(充电电池),具备优异的电学性能、使用寿命长、安全性能好等一系列优点,从而广泛应用到电子3c产品、动力、储能等领域。隔膜作为锂电池关键的内层组件之一,主要起着隔绝锂电池正极和负极,防止两级接触而短路,同时保证锂离子能够顺畅通过,对电池的电池的容量、循环以及安全性能有较大影响。
2、湿法隔膜的主要缺点有熔断温度低、耐热性差,在高温时的收缩率高达10%,可能引起极片外露,目前主流的解决办法是对隔膜基膜进行涂覆加工。氧化铝陶瓷涂布隔膜已广泛应用到实际生产中,通过氧化铝可以极大的改善传统聚乙烯隔膜的耐热性和对电解液的润湿性,陶瓷涂布隔膜代替普通隔膜是高能量和高功率的大电池的必然选择,也是市场和科技的综合需要。
3、然而,经过氧化铝陶瓷涂布后,隔膜的吸水率分明显增加,水分会造成电池容量下降,影响电池放电效果。并且氧化铝浆料粒度大,孔隙率小,对电解液润湿性差。此外氧化铝硬度高,涂覆过程中对凹辊磨耗率很高。
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本发明主要针对以上问题,提出了一种锂电池隔膜和涂层浆料以及涂层浆料的制备方法和应用,其目的是解决目前氧化铝涂层存在的水分含量高、液润湿性差、热收缩和击穿电压性能不足等问题。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的,本发明第一方面提供了一种锂电池隔膜,所述隔膜包括多孔基膜和设置在所述多孔基膜上的涂层:
5、所述多孔基膜由以下材质中至少一种构成:pp、pe、pp/pe复合、无纺布,所述多孔基膜厚度为5-16um;
6、所述涂层包括纺锤状外观形貌的mgal2o4浆料和粘接材料,其中,mgal2o4的粒径分布为d10=100-500nm,d50=500-1000nm,d90=1000-2000nm,涂层总厚度为1-4um。
7、进一步地,所述粘接材料选自一组由pmma、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、聚丙烯酰胺或聚烯烃中的一种或多种组成的材料,并且其粒径大小范围为0.1-5um,粘接材料层的厚度为0.5-5um。
8、为实现上述目的,本发明第二方面提供了锂电池隔膜中的涂层浆料,根据重量百分比,所述浆料包含以下组分:
9、纺锤状mgal2o4,用量为1-40%;
10、分散剂,用量为0.1-5%;
11、增稠剂,用量为1-10%;
12、粘结剂,用量为1-10%;
13、润湿剂,用量为0.1-1%;
14、流平剂,用量为0.001-0.1%;
15、水,用量为10-50%。
16、进一步地,其中分散剂选自聚醚类、聚碳酸、腐植酸、聚丙烯酸、硅酸钠、碳酸钠、聚磷酸钠中的一种或多种。
17、进一步地,增稠剂选自羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠/锂、甲基纤维素中的一种或多种。
18、进一步地,粘结剂选自丙烯酸、丁苯橡胶、苯丙橡胶、聚丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺、聚乙二醇中的一种或多种。
19、进一步地,润湿剂选自醚类、聚醚改性硅氧烷、炔二醇类中的一种或多种。
20、进一步地,流平剂选自丙烯酸树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、cab、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种。
21、为实现上述目的,本发明第三方面提供了一种制备所述涂层浆料的方法,该方法包括以下步骤:
22、将水和增稠剂混合解溶成稀溶液;
23、在搅拌下将稀溶液、mgal2o4粉体、分散剂混合于水中得到初步浆料;
24、初步浆料通过胶体磨进行高速搅拌研磨,转速控制在500-5000转/分钟,搅拌15-30分钟,研磨后浆料流入初步浆料中搅拌并再次泵送到胶体磨中,循环3-5次,得到预分散浆料;
25、在搅拌下将粘结剂、润湿剂、流平剂依次加入到预分散浆料中,低速搅拌1-5小时,调整得到最终浆料粘度为10-100 pa.s,并控制颗粒粒度,最终得到涂层浆料。
26、为实现上述目的,本发明第四方面提供了一种使用所述涂层浆料用于锂电池隔膜的应用,将所述涂层浆料涂覆在多孔基膜表面,经干燥和固化后形成锂电池隔膜。
27、(三)有益效果
28、与现有技术相比,本发明提供的一种锂电池隔膜和涂层浆料以及涂层浆料的制备方法和应用,通过纺锤状外观形貌的mgal2o4直接涂覆在基膜上,其自身的三维结构,保持了片状结构比表面积较大的优点的同时,也具有了三维结构的优点,出色的吸附性能,提高涂布隔膜孔隙率,增加氧气和电解质的传输速率,促进电化学反应的进行,从而提高电池的功率密度和循环寿命。同时mgal2o4浆料流动性好、含水率低、硬度低,便于隔膜涂覆的生产。
1.一种锂电池隔膜,其特征在于,所述隔膜包括多孔基膜和设置在所述多孔基膜上的涂层:
2.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜,其特征在于,所述粘接材料选自一组由pmma、聚丙烯酸酯、丁苯橡胶、聚丙烯酰胺或聚烯烃中的一种或多种组成的材料,并且其粒径大小范围为0.1-5um,粘接材料层的厚度为0.5-5um。
3.一种锂电池隔膜中的涂层浆料,其特征在于:根据重量百分比,所述浆料包含以下组分:
4.根据权利要求3所述的一种锂电池隔膜中的涂层浆料,其特征在于,其中分散剂选自聚醚类、聚碳酸、腐植酸、聚丙烯酸、硅酸钠、碳酸钠、聚磷酸钠中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的一种锂电池隔膜中的涂层浆料,其特征在于,增稠剂选自羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠/锂、甲基纤维素中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的一种锂电池隔膜中的涂层浆料,其特征在于,粘结剂选自丙烯酸、丁苯橡胶、苯丙橡胶、聚丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺、聚乙二醇中的一种或多种。
7.根据权利要求3所述的一种锂电池隔膜中的涂层浆料,其特征在于,润湿剂选自醚类、聚醚改性硅氧烷、炔二醇类中的一种或多种。
8.根据权利要求3所述的一种锂电池隔膜中的涂层浆料,其特征在于,流平剂选自丙烯酸树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、cab、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种。
9.一种制备如权利要求3所述的涂层浆料的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
10.一种使用如权利要求3所述的涂层浆料用于锂电池隔膜的应用,其特征在于:将所述涂层浆料涂覆在多孔基膜表面,经干燥和固化后形成锂电池隔膜。