[發明專利]陶瓷和凝膠聚合物多層復合的鋰電池隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201410445356.6
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104157819A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 吳術球;楊佳富;苗發成;何方波;陳秀峰
• 申請（專利權）人: 深圳市星源材質科技股份有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 廣東卓建律師事務所 44305
• 代理人: 皮波

技術領域

本發明涉及鋰離子電池隔膜，尤其是涉及一種熱安全性高和保持電解液的能力強的陶瓷和凝膠聚合物多層復合的鋰電池隔膜及其制備方法。

背景技術

作為鋰電池四大材料之一的隔膜，盡管并不參與電池中的電化學反應，但卻是鋰電池中關鍵的內層組件。電池的容量、循環性能和充放電電流密度等關鍵性能都與隔膜有著直接的關系，隔膜性能的改善對提高鋰電池的綜合性能起著重要作用。在鋰電池中，隔膜吸收電解液后，可隔離正、負極，以防止短路，但同時還要允許鋰離子的傳導。而在過度充電或者溫度升高時，隔膜還要有高溫自閉性能，以阻隔電流傳導防止爆炸。不僅如此，鋰電池隔膜還要有強度高、防火、耐化學試劑、耐酸堿腐蝕性、生物相容性好、無毒等特點。

鋰離子電池的安全性是業內一直關注的重點，而隔膜的安全性是其中的重中之重。這就要求隔膜具有優異的力學性能，較低閉孔溫度和在較高的溫度下保持形狀的能力。現在大規模商用化的鋰電池隔膜主用采用聚丙烯和聚乙烯材質，隨著人們對鋰電池性能要求越來越高，單純這兩種材質的隔膜熱安全性和保持電解液的能力難以滿足要求，研究制備其他材料和聚烯烴的高性能復合隔膜成為目前隔膜改性的最重要的方向。

發明內容

為克服上述缺點，本發明提供一種制備熱安全性高和保持電解液的能力強的陶瓷和凝膠聚合物多層復合的鋰電池隔膜的方法

本發明的目的是通過以下技術措施實現的，一種陶瓷和凝膠聚合物多層復合的鋰電池隔膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：配置水性PVDF漿料和水性陶瓷漿料；

步驟2：聚丙烯隔膜和聚乙烯隔膜復合，將一層聚丙烯隔膜和一層聚乙烯隔膜在50～100℃下熱復合，得到PP/PE復合隔膜；

步驟3：涂布，以步驟2中得到PP/PE復合隔膜作為涂布基材，將步驟1中制備水性漿料涂布在基材的PE面上，先涂布水性陶瓷漿料形成陶瓷層后再涂布水性PVDF漿料形成凝膠聚合物層，涂布速率為5～100m/min，經過30～100℃烘箱烘干，得到最終四層復合隔膜。其中在PE面涂布，是因為PE層容易在高溫下變型，在復合隔膜中主要起到熱關閉作用。這樣有利于改善在制作電池時，涂覆隔膜掉粉現象。(1)將聚烯烴樹脂、潤滑劑及其他添加劑通過攪拌混料機攪拌均勻，得到混合物；

作為一種優選方式，所述步驟1中水性PVDF漿料配制方法為：

以去離子水作為溶劑，把水溶性膠黏劑、表面活性劑、分散劑、增稠劑在常溫加入去離子水中攪拌溶解，配成溶液；再加入聚合物粉末粒子，攪拌均勻，配成水性漿料；漿料中含0.1％～2％的水溶性高分子增稠劑，0.01％～2％的水性分散劑，0.01％～1％的表面活性劑，0.1％～5％的水性膠黏劑，5％～25％的聚合物粉末粒子，67％～83％的去離子水，上述都為質量分數；聚合物粉末粒子的重均分子量為12-16萬，粒徑為100-300nm。

作為一種優選方式，所述步驟1中水性陶瓷漿料配制方法為：

以去離子水作為溶劑，把水溶性膠黏劑、增稠劑在常溫下加入去離子水中攪拌溶解，配成溶液；然后在上述溶液中依次加入表面活性劑、水性分散劑和陶瓷粉末，攪拌均勻，配成水性漿料；漿料中含0.1％～2％的增稠劑，0.01％～2％的水性分散劑，0.01％～1％的表面活性劑，0.1％～5％的水性膠黏劑，5％～25％的陶瓷粉末粒子，67％～83％的去離子水，上述都為質量分數。

作為一種優選方式，所述聚丙烯多孔薄膜的厚度范圍在8μm-100μm，孔隙率范圍為30％-80％，平均孔徑在0.01μm-10μm。

作為一種優選方式，所述聚合物粉末粒子為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚酰亞胺、聚丙烯晴、芳綸樹脂中的一種或者多種；聚所述聚合物粉末粒子的粒徑范圍為0.01μm-10μm。

作為一種優選方式，所述陶瓷粉末粒子為SiO₂、Al₂O₃、CaO、TiO₂、MgO、ZnO、SnO₂、ZrO₂中的任意一種或者多種；粒徑范圍為0.01μm～10μm。

本發明還公開了一種上述方法制備的陶瓷和凝膠聚合物多層復合的鋰電池隔膜，包括依次層疊的聚丙烯支撐層、聚乙烯隔斷層、陶瓷涂覆層和聚合物涂覆層。

作為一種優選方式，所述聚丙烯支撐層的厚度范圍在8μm-100μm，孔隙率范圍為30％-80％，平均孔徑在0.01μm-10μm。