[發明專利]一種鋰離子電池隔膜強化涂層材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310077135.3
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN103173051A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 施利毅;孫小英;袁帥;杭建忠;王竹儀;李娜;張海洪;趙尹;張美紅
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C09D4/02
• 分類號: C09D4/02;C09D163/10;C09D7/12;H01M2/16
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池隔膜強化涂層材料及其制備方法，屬于鋰離子電池領域。

背景技術

鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解質組成，其中電池隔膜對電池安全性和成本有直接影響，是鋰離子電池的關鍵部分。隔膜材料應該具有優良的力學性能（拉伸性能和刺穿性能）、化學穩定性、高的熔融溫度、高的離子電導率、以及相對低廉的價格。由于聚烯烴材料具有優異的力學性能、化學穩定性和相對廉價的特點，至今商品化鋰電池隔膜材料仍主要采用聚烯烴微孔膜。但聚烯烴材料存在熱穩定性差、隔膜潤濕性差等缺陷，為進一步提高鋰電池的安全性，在隔膜方面應該進一步提高聚烯烴膜的熱穩定性和機械強度（包括拉伸強度和穿刺強度）、離子電導率、化學和電化學穩定性。

在聚烯烴膜基礎上通過添加功能性涂層進行改性是發展的趨勢之一。德國Degussa公司（WO2004/021475）在薄的PET無紡布基材上通過涂布前驅體溶液再200℃干燥的方法制備了具有SiO₂、Al₂O₃和ZrO₂等氧化物涂層的復合隔膜，隔膜具有小的孔徑和高的空氣透過率以及抗變形性，但是這種隔膜不具備在相對較低的溫度下實現閉孔切斷離子通道的自我保護功能。Jeong?HS等（Electrochimica?Acta?56?(2011)?5201–5204）通過相轉變控制制備了具有微孔的PVdF-HFP/PET的復合無紡布隔膜，由于微孔結構的提高，使電解質的持液率提高，促進了離子傳輸，并在循環中有效地抑制AC阻抗的增加，促進了電池在高電壓、電流密度下充放電的性能，但由于采用純有機物做涂層，使得復合隔膜的機械性能較差。有機無機復合涂層有望實現優勢互補，進一步提高隔膜的物理和電化學性能。但目前的研究主要采用聚合物粘結劑增加無機納米粒子的附著性，往往會導致納米顆粒較嚴重團聚，雖然會在一定層度上提高隔膜的機械性能和熱穩定性，但也會造成孔道的堵塞和離子電導率的下降（Journal?of?Power?Sources?2010,195,8306)，使電池的電學性質改善不大甚至惡化。例如Park?JH?等（Journal?of?Power?Sources?195?(2010)?8306–8310）將SiO₂/PMMA?顆粒涂覆在PE膜的兩邊作為復合涂層，一定程度上改善了原始PE膜的熱收縮性，但相比于原始PE膜的倍率放電性能反而有所下降，根本原因在于涂層僅涂覆于PE膜的表面，形成類似三明治結構，而PE隔膜孔道內表面對電解質的潤濕性很難改善，反而會因為涂層的存在導致鋰離子擴散阻力的增加，而導致隔膜的離子導電性沒有提高，最終造成電池性能的下降。

發明內容

為了實現隔膜熱穩定性、離子導電性和耐化學腐蝕性等性能的提高，并克服聚烯烴隔膜在加熱處理過程中收縮的缺點，本發明的目的在于提供一種鋰離子電池隔膜強化涂層材料及其制備方法，采用UV光固化技術實現功能溶膠體系低溫固化成膜，避免隔膜的熱變形，而且可以快速固化，有利于隔膜的規模化涂布。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案為：

一種UV固化鋰離子電池隔膜涂層材料，其各組分及其重量百分含量如下：

UV固化樹脂????????????????????????????15-40%

活性稀釋劑?????????????????????????????30-80%

改性納米溶膠???????????????????????????0-50%

引發劑?????????????????????????????????3-8%

流平劑?????????????????????????????????0.1-0.6%。

所述的UV固化樹脂為環氧丙烯酸酯齊聚物、聚氨酯丙烯酸酯齊聚物、聚酯丙烯酸酯齊聚物、丙烯酸酯化的聚酯丙烯酸酯齊聚物、乙烯基醚改性環氧樹脂中的至少一種。?

所述的活性稀釋劑為四氫呋喃丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸異冰片酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、雙季戊四醇五丙烯酸酯、季戊四醇六丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酸酯、甲氧基三丙二醇丙烯酸酯、甲氧基丙氧基新戊二醇丙烯酸酯、烷氧化三官能度丙烯酸酯、乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、1,4-丁二醇二縮水甘油醚中至少一種。