[發明專利]有機改性凹凸棒石共混陶瓷顆粒涂層商業聚烯烴類隔膜的制備方法

在審

• 申請號: 201910456043.3
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110157029A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 陳新德;王夢琨;熊蓮;張海榮
• 申請（專利權）人: 中科院廣州能源所盱眙凹土研發中心
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C09D127/16;C09D7/61;H01M2/14;H01M2/16;C08L23/06
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

本發明公開了有機改性凹凸棒石共混陶瓷顆粒涂層商業聚烯烴類隔膜的制備方法，其步驟如下：將有機改性凹凸棒石和陶瓷粉末與粘結劑PVDF溶解在有機溶劑中成漿料；將漿料涂覆在聚烯烴類隔膜基材上，得涂覆濕膜；空氣中靜置，將濕膜中易揮發溶劑去除；濕膜浸入水中除去致孔性溶劑，并完成由液態漿料到固態膜體的相轉換，烘干后得涂覆隔膜。本發明工藝簡單，對設備要求低，過程易于控制，成本比較低廉，涂覆隔膜相較于聚烯烴基膜具有更強的吸液能力、高的離子電導率和更優異的熱收縮性能，以此隔膜制備的鋰離子電池具有更寬的電化學窗口和更穩定的循環性能，涂覆層厚度可控制在1～3μm，降低涂覆膜在鋰離子電池中所占體積，易于實現大規模的商業化應用。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池設計領域，具體公開了一種有機改性凹凸棒石共混陶瓷顆粒涂層商業聚烯烴類隔膜的制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種容量大、轉換效率高的二次電池，除了具有較高的功率密度和能量密度外，其本身還具有一系列顯著優點，如環境友好，開路電壓高，工作壽命長，自放電弱，安全穩定等，目前已廣泛應用在各類便攜式3C電子產品（如充電寶、筆記本電腦、手機）、動力電池（如電動汽車、航空航天）以及儲能電站（如充電樁）領域。

在鋰離子電池的組成部分中，隔膜占據至關重要的位置。隔膜位于正負極材料之間，起到隔絕電子的作用，防止電池短路。同時，隔膜能夠允許鋰離子進行自由的遷移，實現在正負極的“嵌入”、“脫嵌”反應。可以說，隔膜對于鋰離子電池的性能和安全有著直接的影響。

目前，商業化應用的隔膜類型主要為聚烯烴類隔膜，包括聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜以及二者的復合膜等，具有良好的絕緣性，較高的機械強度，耐有機溶劑腐蝕以及高溫熱閉孔等優良性能。然而，由于此類隔膜表面極性小，與極性有機電解液的親和力較差，導致隔膜的吸液性能較差。此外，有限的熱穩定性導致電池在不規范的使用過程中產生熱失控，造成安全隱患，限制了其在電動汽車等大動力電池的應用。

基于此，對聚烯烴類隔膜進行改性研究以改善其吸液性能和熱穩定性受到了廣泛的關注，而通過在隔膜表面涂覆陶瓷顆粒是一種主要的改性方式。例如專利CN102916149B采用陶瓷顆粒涂覆聚烯烴類隔膜得到了一種鋰電池微孔隔膜；專利CN103682216A將陶瓷顆粒和聚多巴胺混合涂覆聚烯烴類隔膜；專利CN104362275A將有機高分子層包裹的陶瓷顆粒作為涂覆材料制備鋰離子電池涂覆隔膜。陶瓷顆粒具有優異的耐熱能力，能極大改善隔膜的安全性能。但其制備方法復雜，對設備的要求較高，直接導致生產成本偏高。此外，陶瓷顆粒由于表面能較大，與低表面能的聚烯烴隔膜相容性較差，容易脫落，極大地影響了電池的循環穩定性。因此，開發出一種制備方法簡單、性能優異的涂層漿料，以降低涂覆隔膜的成本，同時使涂覆隔膜具有良好的吸液性能、熱穩定性、熱收縮性能且與電解液兼容性好，容易實現工業化生產是鋰離子電池行業一大目標和難點。

凹凸棒石是一種具有優良機械性能，熱穩定性能的天然礦物材料，由無數納米棒晶組成，具有較大的比表面積。凹凸棒石表面含有大量的羥基極性基團，對極性電解液的親和力較強，賦予了凹凸棒石優異的吸液能力。不僅如此，凹凸棒石作為一種黏土礦物，在溶劑中具有良好的粘結性和懸浮性。基于此，我們設計了一種含有凹凸棒石共混陶瓷顆粒涂層的鋰離子電池涂覆隔膜。具有高黏性的凹凸棒石的添加能夠顯著改善陶瓷顆粒與基膜的粘結力，抑制陶瓷顆粒的脫落。此外，凹凸棒石價格低廉、分布廣泛，能大大降低涂覆隔膜的生產成本，具有較高的工業生產價值。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種有機改性凹凸棒石共混陶瓷顆粒涂層商業聚烯烴類隔膜的制備方法，有機改性凹凸棒石和陶瓷粉末的共混物與粘結劑PVDF混合制備鋰電池涂覆隔膜，解決目前陶瓷顆粒涂覆隔膜存在的制備工藝復雜、成本昂貴、與隔膜相容性差、易脫落的問題，提高鋰離子電池聚烯烴隔膜的吸液性、熱穩定性和電化學性能。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種有機改性凹凸棒石共混陶瓷顆粒涂層商業聚烯烴類隔膜的制備方法，它包括如下步驟：