[發(fā)明專利]一種陶瓷涂覆PE復(fù)合型隔膜的制備方法

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• 申請日: 2019-07-05
• 公開（公告）號: CN110518176A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高保清;舒均國;陳立新;高芳
• 申請（專利權(quán)）人: 高芳
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 34139 六安市新圖匠心專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 朱小杰<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明公開了一種陶瓷涂覆PE復(fù)合型隔膜的制備方法，屬于鋰離子電池隔膜制備技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：采用鋰離子電池PE隔膜為基體，在其兩側(cè)均勻涂覆厚度為1~3μm混有以下重量份的原料：納米SiO₂粉末1?3份、納米Al₂O₃粉末1?3份、納米TiO₂粉末2?5份、PMMA顆粒2?5份及氧化β?環(huán)糊精0.01?0.03份、NMP0.01?0.03份作為溶劑的無機(jī)有機(jī)漿體，在80?100℃條件下熱壓10?15 min，取出后冷卻，得到一種陶瓷涂覆PE復(fù)合型隔膜。本發(fā)明以氣懸浮的動(dòng)力方式，增加涂覆設(shè)備在涂層涂覆過程中的張力控制以及漿料的分布混合方式，解決涂覆層致密性、均勻性以及涂層結(jié)合力的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池隔膜制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種陶瓷涂覆PE復(fù)合型隔膜的制備方法。

背景技術(shù)

隔膜作為鋰離子電池生產(chǎn)的關(guān)鍵材料之一，對電池的實(shí)際性能起著重要的影響作用：一方面，隔膜起到電子絕緣的作用，避免電池內(nèi)部發(fā)生短路；另一方面隔膜為離子傳遞提供通道，保證電化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行。動(dòng)力汽車領(lǐng)域的飛速發(fā)展，對電池高功率性能以及安全性能有更高的要求，而隔膜對鋰離子動(dòng)力電池這兩方面性能起了關(guān)鍵作用。作為動(dòng)力電池的關(guān)鍵組件，隔膜在失控條件下通過閉孔阻隔鋰離子傳遞，防止發(fā)生安全事故。

目前實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商品化生產(chǎn)的鋰離子電池隔膜是聚烯烴類隔膜，以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）單層膜和聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯（PE/PP/PE）復(fù)合膜為主。此類隔膜具有耐有機(jī)電解液性、微孔結(jié)構(gòu)均勻、機(jī)械強(qiáng)度較高等優(yōu)點(diǎn)，但其潤濕性較差、熱穩(wěn)定性低（如PE膜和PP膜的破膜溫度分別約135℃和165℃，在高溫下均有較大比例的收縮），因此應(yīng)用于大容量的單體電池安全性不足。業(yè)內(nèi)通過改性隔膜來提高其熱穩(wěn)定性和電解液潤濕性，如涂覆有機(jī)-無機(jī)陶瓷粒子（Al₂O₃、SiO₂、TiO₂）形成復(fù)合隔膜。此類隔膜的制備利用成熟的涂布設(shè)備，以耐高溫的無機(jī)材料保護(hù)聚烯烴膜，在高溫工況下保證電池隔膜形態(tài)的完整性，防止電池短路導(dǎo)致的熱失控，從而提升了電池的安全性和快速充放的性能。如Jung等通過原子層沉積技術(shù)在PP微孔膜表面沉積了一層厚度約為6nm的超薄Al₂O₃功能層，獲得了陶瓷復(fù)合隔膜，此陶瓷層提高了PP膜的耐熱性，同時(shí)改善了原有PP基膜的親液性；在4C倍率充放電條件下，經(jīng)過1000次循環(huán)后放電容量仍可保持80%左右。德國Degussa公司將SiO₂、Al₂O₃和黏結(jié)劑混成漿料，涂覆在無紡布基膜上制備出Separion系列隔膜，該隔膜在200℃下不會(huì)發(fā)生明顯收縮，已經(jīng)應(yīng)用于動(dòng)力例子電池。

國外復(fù)合隔膜的生產(chǎn)技術(shù)相對成熟，而國內(nèi)在陶瓷涂層復(fù)合隔膜領(lǐng)域尚處于起步階段，同時(shí)也缺少方法和工藝的創(chuàng)新。常見的陶瓷涂層雖然在一定程度上提高了隔膜的耐熱性和電池的安全性能，但也可能帶來以下新的問題：（1）有機(jī)-無機(jī)材料的界面相容性差，復(fù)合隔膜出現(xiàn)掉粉問題；（2）陶瓷層的孔隙結(jié)構(gòu)控制不夠優(yōu)化，陶瓷層致密會(huì)堵孔，不致密對隔膜的耐熱性改善不明顯等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種陶瓷涂覆PE復(fù)合型隔膜的制備方法，該方法制備出具有多級孔結(jié)構(gòu)的改性陶瓷涂層，通過控制三維網(wǎng)狀多孔級的結(jié)構(gòu)增加隔膜材料的比表面積提高電解液隔膜材料的親潤性；并通過研發(fā)新型粘結(jié)劑，改善陶瓷組分與隔膜的結(jié)合強(qiáng)度，并提高鋰離子的傳導(dǎo)能力。

其具體技術(shù)方案為：

一種陶瓷涂覆PE復(fù)合型隔膜的制備方法，包括以下步驟：