[發明專利]一種基于有機-無機復合粘結劑的陶瓷隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202111165685.1
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113937419A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 張艷華;杜詩博;高興龍;龐云菲
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H01M50/434
• 分類號: H01M50/434;H01M50/411;H01M50/449;H01M10/0525
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 姜婷

本發明涉及一種基于有機?無機復合粘結劑的陶瓷隔膜，包括基膜和陶瓷涂層，陶瓷涂層通過將含陶瓷粉末和粘結劑的涂層漿料涂覆在基膜表面固化形成；其中，粘結劑由有機粘結劑和無機粘結劑配制得到。本發明的復合粘結劑陶瓷涂覆隔膜具有良好的熱穩定性、電解液浸潤性和離子電導率，極大地提高了鋰離子電池的安全性能，并有望提高鋰離子電池的電化學性能；本發明的制備工藝簡單、原料低廉易得，適合工廠化大規模生產。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種基于有機-無機復合粘結劑的陶瓷隔膜及其制備方法。

背景技術

隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，其性能對鋰二次電池的安全性和穩定性具有決定性作用。聚烯烴微孔膜由于其優良的化學和電化學穩定性作為商業隔膜被廣泛應用，主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及其復合膜PP/PE和PP/PE/PP。隔膜的主要作用為隔開正、負極防止短路，同時其多孔結構為鋰離子傳導提供通道。然而基于聚烯烴的鋰離子電池隔膜在高溫條件下(≥130℃)易發生嚴重的熱收縮，導致電池微短路進而引發安全事故；且隔膜的機械性能較差，在電池循環過程極易發生鋰枝晶刺穿隔膜的問題。

在基膜PP或PE上涂覆一層耐高溫的陶瓷層(如Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂、AlOOH等陶瓷顆粒)形成的陶瓷涂覆隔膜可以較好地提高鋰離子電池隔膜的耐高溫性和機械性能。然而，目前陶瓷涂覆隔膜一般采用有機粘結劑來粘結和錨固陶瓷涂層，如聚偏氟乙烯(PVDF)或聚乙烯醇(PVA)等。然而，有機粘結劑本身固有的熔點一般較低，在130℃～160℃溫度范圍內會發生軟化甚至融化從而對陶瓷顆粒的錨固作用大大下降，因而基于有機粘結劑的陶瓷涂覆隔膜在≥160℃時收縮率仍然較高，不能較好地提高鋰離子電池的安全性能。有機粘結劑的使用，一方面高溫情況下對有機粘結劑本身就是巨大的挑戰，另一方面有機粘結劑的使用也會產生一定的環境影響。因此，開發一種在高溫下(≥160℃)對陶瓷顆粒仍具有較強粘結強度的粘結劑成為提高鋰離子電池隔膜熱穩定性的關鍵。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種基于有機-無機復合粘結劑的陶瓷隔膜及其制備方法，用以解決現有技術中有機粘結劑熱穩定性差的技術問題，進而提高鋰離子電池的安全性能。

本發明的第一方面提供一種基于有機-無機復合粘結劑的陶瓷隔膜，包括基膜和陶瓷涂層，陶瓷涂層通過將含陶瓷粉末和粘結劑的涂層漿料涂覆在基膜表面固化形成；其中，粘結劑由有機粘結劑和無機粘結劑配制得到。

本發明的第二方面提供一種基于有機-無機復合粘結劑陶瓷隔膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將陶瓷粉末、塑化劑、粘結劑分散在溶劑中進行球磨，得到涂層漿料；

步驟2、將上述陶瓷漿料均勻涂布在基膜表面，經固化得到基于有機-無機復合粘結劑陶瓷隔膜。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本發明的復合粘結劑陶瓷涂覆隔膜具有良好的熱穩定性、電解液浸潤性和離子電導率，極大地提高了鋰離子電池的安全性能，并有望提高鋰離子電池的電化學性能；

本發明的制備工藝簡單、原料低廉易得，適合工廠化大規模生產。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明的第一方面提供一種基于有機-無機復合粘結劑的陶瓷隔膜，包括基膜和陶瓷涂層，陶瓷涂層通過將含陶瓷粉末和粘結劑的涂層漿料涂覆在基膜表面固化形成；其中，粘結劑由有機粘結劑和無機粘結劑配制得到。