一种有活性纳米氮化硼涂层的隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池材料领域，提供一种有活性纳米氮化硼涂层的隔膜，所述隔膜包括基层的聚烯烃膜和涂覆于基层上的活性纳米氮化硼涂层，所述涂层单层厚度为基层厚度的1-3％，双层涂层的厚度为基层厚度的2-5％。本发明专利技术提供的纳米片状氮化硼涂层的隔膜提供了复合聚合物体系所不具有的耐热性和机械性能，还显示出比传统氧化铝涂层的隔膜更加优良的吸液/保液能力和离子电导率。此外，氮化硼涂层的隔膜具有隔膜厚度小、电池内阻低、孔隙率高等优点，可保证锂离子电池在高倍率下充放电时，容量较高，表现出出色的倍率特性和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种有活性纳米氮化硼涂层的隔膜及其制备方法
本专利技术属于电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池的隔膜及其制备方法。
技术介绍
随着雾霾天气日益加重和能源危机逐步逼近，新能源汽车开始进入公众视线，并得到快速推广，未来对锂离子电池材料的需求就变得日益迫切。而隔膜作为动力锂离子电池内的关键组件之一，发挥了隔离正负极，同时允许锂离子在正负极之间往复通过的关键作用，其透气性、耐穿刺性及热收缩性的优劣直接影响着锂离子电池的容量与循环性能。目前，传统的锂离子电池隔膜广泛采用聚乙烯微孔膜(PP)、聚丙烯微孔膜(PE)和由聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯组成的3层微孔复合膜。其具有机械强度优良、防火、耐化学试剂、耐酸碱腐蚀性好、生物相容性好、无毒等优点。但是该隔膜在高温下的热收缩会引起正负极片接触，带来局部迅速放热，因而存在有巨大的安全隐患；同时聚烯烃类隔膜对极性电解液的浸润性较差、耐穿刺性能较差。而添加纳米氧化铝制备得到的聚烯烃复合物隔膜，虽然能改善聚合物电解质膜的导电率，改善其耐热性和吸液/保液能力，但是纳米氧化铝晶体属密堆积结构，将氧化铝粉末涂覆在隔膜上，一方面，氧化铝颗粒可能阻塞隔膜的空隙，不利于锂离子的嵌入与脱出，导致充放电效率降低和容量损失。另一方面，氧化铝涂层明显增大了电池隔膜厚度，不仅增加电池的内阻，而且阻碍了电解液的流动，导电率下降，循环后电池内阻增大速率加快，发热多，温度升高导致电解液迅速分解产生气体，隔膜融化，造成电池气胀短路爆炸。因此，目前迫切需要开发一种含优良涂层的隔膜，其可以解决以上电池的安全问题，同时能保证锂离子电池的电化学性能的提升和使用寿命的延长。专利
技术实现思路
针对本领域所存在的问题，提出一种有活性纳米氮化硼涂层的隔膜。本专利技术的另一目的是提出所述隔膜的制备方法。本专利技术的第三个目的是提出含有所述隔膜的锂离子电池。实现本专利技术上述目的的技术方案为：一种有活性纳米氮化硼涂层的隔膜，所述隔膜包括基层的聚烯烃膜和涂覆于基层一面或两面上的活性纳米氮化硼涂层；在基层一面上涂层的厚度为基层厚度的1-3％，在基层两面上涂层的厚度一共为基层厚度的2-5％。其中，所述聚烯烃膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、聚乙烯膜和聚丙烯膜组成的微孔复合膜中的一种，所述聚烯烃膜的厚度为25μm-40μm，孔隙率为45-55％。制备本专利技术所述的有活性纳米氮化硼涂层隔膜的方法，包括步骤：1)配制浆料：浆料由质量份的以下成分组成：氮化硼粉体：粘接剂PVDF：有机溶剂NMP：表面改性剂二甲基硅油＝20-75：1-5：15-80:0.1-5；在制浆机中先加入有机溶剂，后将粘接剂加入到有机溶剂中，以10-10000r/min的转速高速搅拌0.5-3h进行溶解；再加入氮化硼粉体和表面改性剂，再以10-10000r/min的转速高速搅拌1-10h，制成涂覆浆料；2)用涂布机将步骤1)制得的涂覆浆料涂布在聚烯烃膜上，浆料涂层的厚度为0.5-5μm，然后将涂布好的聚烯烃膜放在烘箱里60-100℃保温1-6h。其中，所述氮化硼粉体为六方晶型的氮化硼粉体；粒径为200-300nm。进一步地，所述氮化硼粉体是通过水热法合成的。所述纳米氮化硼粉体为片层结构，涂覆在隔膜上，薄层有利于减小隔膜的厚度，一定程度上减小锂离子电池的内阻，保证电池高倍率放电性能和循环性能的优化。由于氮化硼片层间、以及与隔膜之间有较大的空隙，这就有利于电解液的流动和锂离子的嵌入和脱出，既而有利于提高锂离子电池的充放电效率和容量。其中，所述粘接剂为固含量40％-60％的PVDF乳液。其中，所述有机溶剂为NMP(N-甲基吡咯烷酮)、DMF(二甲基甲酰胺)、DMAC(二甲基乙酰胺)中的一种或多种。其中，所述表面改性剂为司盘80、二甲基硅油、聚氧乙烯蓖麻油、单硬脂酸甘油酯中的一种或多种。进一步地，所述浆料由质量份的以下成分组成：氮化硼粉体：粘结剂：有机溶剂：表面改性剂＝20-75：1-5：15-80：0.1-5。含有本专利技术所述隔膜的锂离子电池。所述电池的正极材料可以为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、或掺杂了铁、镍、锰、镁、钛的钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂。所述电池的负极材料为碳素材料。优选地，正极材料为LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料与乙炔黑、PTFE按质量比16:3:1混合制得的正极材料，电解液为LiPF6与DMC+EMC+EC(碳酸二甲酯+甲基乙基碳酸酯+碳酸乙烯酯的体积比为1:1:1)的混合物。本专利技术的有益效果在于：与现有技术相比较，本专利技术提供的纳米片状氮化硼涂层的隔膜提供了复合聚合物体系所不具有的耐热性和机械性能，还显示出比传统氧化铝涂层的隔膜更加优良的吸液/保液能力和离子电导率。此外，氮化硼涂层的隔膜具有隔膜厚度小、电池内阻低、孔隙率高等优点，可保证锂离子电池在高倍率下充放电时，容量较高，表现出出色的倍率特性和循环性能。本专利技术提出的隔膜材料，能有效解决传统氧化铝涂层隔膜常有的电极隔膜融化所导致的电池短路问题，避免安全事故的发生，能够具有良好的安全性能，保证锂离子电池的长时间正常使用。附图说明图1为单面涂布氮化硼粉体的聚烯烃隔膜结构简图。图2为双面涂布氮化硼粉体的聚烯烃隔膜结构简图。图中，1为聚烯烃隔膜，2为氮化硼涂层。图3为实施例1-5首次充放电性能曲线。图4为实施例1-5的充放电循环容量变化曲线。图5为氮化硼粉体的SEM图。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。氮化硼粉体为水热法合成，其SEM照片见图5。粒径为260nm左右。实施例1制备浆料。浆料的配比为：20kg的氮化硼粉体，1kg的PVDF，78.9kg的NMP，0.1kg的二甲基硅油。首先，在制浆机中先加入NMP，后将PVDF加入到NMP中，以10r/min的转速搅拌0.5h进行溶解；再加入氮化硼粉体和二甲基硅油，搅拌1h，制成涂覆浆料。搅拌好的隔膜浆料在涂布机上，在预先准备的聚乙烯微孔膜(膜厚度30μm，孔隙率为50％)上进行单层涂布操作(其中浆料涂层单层厚度为0.5μm)，得到的隔膜结构如图1，然后将涂布好的隔膜放在烘箱里100℃保温1h，得到隔膜样品S1。制备扣式电池。将自制的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料与乙炔黑、PTFE按质量比(16:3:1)混合超声并搅拌得到正极材料，放入烘箱120℃保温半个小时，辊压得到正极片。以金属锂片作为对电极，1mol/LLiPF6/DMC+EMC+EC(体积比为1:1:1)为电解液，在充满氩气的手套箱内装配成扣式电池，得到电池样品B1。对隔膜样品S1和电池样品B1进行性能测试。实施例2制备浆料。浆料配比为：40kg的氮化硼粉体，5kg的PVDF，50kg的NMP，5kg的二甲基硅油。首先在制浆机中先加入NMP，后将PVDF加入到NMP中，以10000r/min的转速高速搅拌3h进行溶解；再加入氮化硼粉体和二甲基硅油，高速搅拌10h，制成涂覆浆料。搅拌好的隔膜浆料在涂布机上，在预先准备的聚乙烯微孔膜(膜厚度为30μm，孔隙率为50％)上进行单层涂布操作(浆料涂层单层厚度为1μm)，然后将涂布好的隔膜放在烘箱里60℃保温6h，得到隔膜样品S2。采用与实施例1相同的步骤制备扣式电池样品B2，并对隔膜样品S2和电池样品B2进行性能测试。实施例3制备浆料。浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有活性纳米氮化硼涂层的隔膜，其特征在于，所述隔膜包括基层的聚烯烃膜和涂覆于基层一面或两面上的活性纳米氮化硼涂层；在基层一面上涂层的厚度为基层厚度的1‑3％，在基层两面上涂层的厚度一共为基层厚度的2‑5％。

【技术特征摘要】
1.一种有活性纳米氮化硼涂层的隔膜，其特征在于，制备浆料，浆料配比为：75kg的氮化硼粉体，5kg的PVDF，15kg的NMP，5kg的二甲基硅油；其中氮化硼粉体为水热法合成，其粒径为260nm；首先，在制浆机中先加入NMP，后将PVDF加入到NMP中，以6000r/min的转...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑淑芬，杨慧敏，林丹，
申请(专利权)人：北京鼎能开源电池科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11