一种热自闭陶瓷改性隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了热自闭陶瓷改性隔膜及其制备方法，属于锂电池隔膜技术领域，热自闭陶瓷改性隔膜，包括聚烯烃隔膜基材，聚烯烃隔膜基材的至少一面形成电晕处理面，电晕处理面上涂布热自闭陶瓷涂层。热自闭陶瓷改性隔膜的制备方法，包括以下步骤：S1：配制热自闭陶瓷涂层，S2：放卷聚烯烃隔膜基材，S3：对聚烯烃隔膜基材的被涂布面进行电晕处理，电晕处理完毕后涂布步骤S1配制的热自闭陶瓷涂层，S4：对涂布完成后的聚烯烃隔膜基材进行烘干定型，S5：烘干完毕后收卷并在常温下放置熟化6‑8天，获得热自闭陶瓷改性隔膜，本发明专利技术的热自闭陶瓷改性隔膜及其制备方法，热自闭陶瓷改性隔膜具有热自闭性能，提高安全性，具有热固化性，提高破膜温度。

【技术实现步骤摘要】
一种热自闭陶瓷改性隔膜及其制备方法
本专利技术属于锂电池隔膜
，尤其涉及一种热自闭陶瓷改性隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池是一种能量密度高、输出电压高、没有记忆效应、循环性能优异、环境友好等优势的能量储存体系，具有很好的经济社会效益和战略意义，已补广泛应用于移动通讯、数码产品等各个领域，并也成为储能和电动汽车领域最主要的电源系统之一。陶瓷隔膜是主要用于大功率锂离子电池的正负极隔绝，既能隔绝电池正级与负级的接触，又不阻碍电池中的电解质透过隔膜，同时也可以防止由于短路而引起爆炸等情况的出现。目前商品化的锂离子电池中采用的主要是具有微孔结构的聚烯烃类隔膜材料，如聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)的单层或多层膜。由于聚合物本身的特点，虽然聚烯烃隔膜在常温下可以提供足够的机械强度和化学稳定性，但在高温条件下则表现出较大的热收缩，从而导致电池的正负极接触并迅速积聚大量热量，尽管象PP/PE复合隔膜可以在较低温度(120℃)首先发生PE熔化阻塞聚合物中的微孔，阻断离子传导而PP仍起到支撑的作用防止电极反应的进一步发生，但由于PP的熔解温度也仅有150℃，当温度迅速上升，超过PP的熔解温度，隔膜熔解就会造成大面积短路并引发热量产生失控，加剧热量积累，产生电池内部高气压和高温，引发电池燃烧或曝炸。电池内部短路是锂离子电池安全的最大隐患。为了满足大容量锂离子电池发展的需要，开发高安全性隔膜已成为行业的当务之急，陶瓷隔膜优异的耐温和高安全性使其成为取代传统聚烯烃隔膜的首要选择之一。陶瓷隔膜(Ceramic-coatedSeparators)是在现有的聚烯烃微孔膜的表面上，单面或双面涂布复合一层均匀的、由陶瓷微颗粒等构成的保护层(几个μm)，形成多孔性的安全性功能隔膜。在保证聚烯烃微孔隔膜原有基本特性的基础上，赋予隔膜较高耐热性能，降低隔膜的热收缩性，从而更有效地避免锂离子电池内部短路，防止因电池内部短路而弱生的电池热失控。目前，陶瓷隔膜的制备方式主要是将陶瓷粉体(主要是纳米或亚纳米的氧化物粉末，如三氧化二铝、二氧化钛、二氧化硅等)、粘结剂等分散在溶剂中形成浆料，再通过流延法或浸渍法在聚烯烃隔膜表面形成陶瓷涂层(如中国专利CN103579564B)。但是由于陶瓷粉体比表面能较大，易于团聚，且表面一般为亲水性，而聚烯烃膜为疏水材料，从研究报道来看，陶瓷粉体涂布的均匀性较差，存在明显的“掉粉”现象，这会极大的影响陶瓷隔膜在锂离子电池中的使用性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种热自闭陶瓷改性隔膜及其制备方法，热自闭陶瓷改性隔膜具有热自闭性能，提高安全性，具有热固化性，提高破膜温度。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供的热自闭陶瓷改性隔膜，包括聚烯烃隔膜基材，聚烯烃隔膜基材的至少一面经电晕处理形成电晕处理面，电晕处理面上涂布热自闭陶瓷涂层。热自闭陶瓷涂层可以单面涂布于聚烯烃隔膜基材上，也可以双面涂布在聚烯烃隔膜基材上。优选的，热自闭陶瓷涂层按重量百分计，包括以下组分：陶瓷粒子预混合物1-52％，可热固化的低聚物0.5-10％，超细微球发泡体0.01-0.2％，流平剂1-15％，高分子乳液18-97.49％。更优的，热自闭陶瓷涂层中，陶瓷粒子预混合物为10-25％、可热固化的低聚物为1-3％、超细微球发泡体为0.01-0.05％、流平剂为2-5％、高分子乳液为68-88％。优选的，陶瓷粒子预混合物包括正硅酸乙酯、纳米氧化铝和纳米二氧化钛，其重量比为2:(0.8-1.2):(0.8-1.2)。陶瓷粒子预混合物主要用于提高隔膜的绝热性能，当温度升高到大于140℃时，陶瓷粒子能有效地阻止锂离子穿过隔膜，避免进一步短路而引起的温度上升。优选的，陶瓷粒子预混合物还包括占陶瓷粒子预混物重量0.45-0.58％的钛酸酯偶联剂作为分散稳定剂。钛酸酯偶联剂能帮助上述陶瓷粒子预混物能分散且浆料能均一稳定。优选的，可热固化的低聚物为酚醛环氧丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂、双重固化低聚物中的一种。其中，双重固化低聚物为巴斯夫公司LR9000或上海多森化工公司UVDC-2700。可热固化的低聚物更优为酚醛环氧丙烯酸树脂或环氧丙烯酸树脂。本专利技术的可热固化的低聚物是用于进一步提高隔膜的耐热性能，当温度升高到大于120℃后，可进行热固化聚合，避免隔膜进一步熔化，从而提高膜的耐温性能。优选的，的超细微球发泡体为物理发泡剂或化学发泡剂，物理发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、正己烷、石油醚、三氯氟甲烷、二氯四乙烷中的一种。优选的，碳酸氢钠的粒径为0.5-2μm。超细微碳酸氢钠具有泡孔孔径小，属于吸热型发泡剂。不需使用活化剂，发泡温度(分解温度)110-160℃，在陶瓷隔膜中加入极少量的超细微碳酸氢钠闭孔发泡剂，当陶瓷隔膜使用时温度升高到其发泡温度(分解温度)时，碳酸氢钠分解时是会吸收热量的，因此可减缓其温度上升；当使用量控制在0.05％以下时，其发泡产生的体积增加刚好可与由于温度长高使得隔膜的收缩的体积相当，通过发泡产生的微孔来防止隔膜的收缩引起隔膜穿刺，提高其破膜温度。优选的，流平剂为聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷、有机硅改性聚硅氧烷丙烯酸、丙烯酸树脂、脲醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂中的一种。更优为丙烯酸树脂。优选的，高分子乳液为丙烯酸树脂乳液、聚氨酯乳液、硅丙乳液、聚乙酸乙烯乳液、苯丙乳液的一种。更优为丙烯酸树脂乳液或聚氨酯乳液。优选的，聚烯烃隔膜基材为聚乙烯多孔膜(单层或多层复膜)、聚丙烯多孔膜(单层或多层复膜)、聚乙烯无纺布或聚丙烯无纺布中的一种，厚度为10-80μm。更优为15-35μm。优选的，当热自闭陶瓷改性隔膜仅单面具有热自闭陶瓷涂层时，热自闭陶瓷涂层的厚度为2-30μm，更优为5-15μm，当热自闭陶瓷改性隔膜双面均具有热自闭陶瓷涂层时，热自闭陶瓷涂层的厚度一致，且均为1-10μm，更优为3-10μm。本专利技术还提供一种热自闭陶瓷改性隔膜的制备方法，包括以下步骤：S1：配制热自闭陶瓷涂层，S2：放卷聚烯烃隔膜基材，S3：对聚烯烃隔膜基材的被涂布面进行电晕处理，电晕处理完毕后涂布步骤S1配制的热自闭陶瓷涂层，S4：对涂布完成后的聚烯烃隔膜基材进行烘干定型，S5：烘干完毕后收卷并在常温下放置熟化6-8天，获得热自闭陶瓷改性隔膜。优选的，步骤S1的具体步骤如下：S10:配制陶瓷粒子预混合物，按重量比2:(0.8-1.2):(0.8-1.2)配好正硅酸乙酯、纳米氧化铝和纳米二氧化钛，加入陶瓷粒子预混合物重量0.45-0.58％的钛酸酯偶联剂，用搅拌器以120rpm以上的转速进行高速分散，分散后的陶瓷粒子预混合物搅拌20-30min后静置脱泡，S20:加入可热固化的低聚物、超细微球发泡体、流平剂和高分子乳液搅拌配制成热自闭陶瓷涂层。优选的，步骤S4中，烘干定型采用热风气浮烘干，烘干温度为50-60℃。本专利技术的有益效果为：1、具有热自闭性能，阻止锂离子穿过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热自闭陶瓷改性隔膜，其特征在于，/n包括聚烯烃隔膜基材；/n所述聚烯烃隔膜基材的至少一面经电晕处理形成电晕处理面；/n所述电晕处理面上涂布热自闭陶瓷涂层。/n

【技术特征摘要】
1.热自闭陶瓷改性隔膜，其特征在于，
包括聚烯烃隔膜基材；
所述聚烯烃隔膜基材的至少一面经电晕处理形成电晕处理面；
所述电晕处理面上涂布热自闭陶瓷涂层。


2.根据权利要求1所述的热自闭陶瓷改性隔膜，其特征在于，
所述热自闭陶瓷涂层按重量百分计，包括以下组分：
陶瓷粒子预混合物1-52％；
可热固化的低聚物0.5-10％；
超细微球发泡体0.01-0.2％；
流平剂1-15％；
高分子乳液18-97.49％。


3.根据权利要求2所述的热自闭陶瓷改性隔膜，其特征在于，
所述陶瓷粒子预混合物包括正硅酸乙酯、纳米氧化铝和纳米二氧化钛，其重量比为2:(0.8-1.2):(0.8-1.2)。


4.根据权利要求2或3所述的热自闭陶瓷改性隔膜，其特征在于，
所述陶瓷粒子预混合物还包括占陶瓷粒子预混物重量0.45-0.58％的钛酸酯偶联剂作为分散稳定剂。


5.根据权利要求1所述的热自闭陶瓷改性隔膜，其特征在于，
所述可热固化的低聚物为酚醛环氧丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂、双重固化低聚物中的一种；
所述的超细微球发泡体为物理发泡剂或化学发泡剂；
所述物理发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、正己烷、石油醚、三氯氟甲烷、二氯四乙烷中的一种；
所述流平剂为聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷、有机硅改性聚硅氧烷丙烯酸、丙烯酸树脂、脲醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂中的一种；
所述高分子乳液为丙烯酸树脂乳液、聚氨酯乳液、硅丙乳液、聚乙酸乙烯乳液、苯丙乳液的一种；
所述聚烯烃隔膜基材为聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯无纺布或聚丙烯无纺布...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴仕伟，刘清新，林晓鹏，吴炳生，
申请(专利权)人：联景厦门信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35