一种锂电隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种锂电隔膜及其制备方法和应用，涉及锂离子电池技术领域，本方法首先将电极材料、陶瓷颗粒、助剂加入溶剂中分散均匀，形成浆料；然后将所述浆料涂覆在聚合物隔膜的一面或两面，高温烘烤后得到锂电池隔膜。本发明专利技术的锂电隔膜涂覆层已包含部分电极活性材料，相比于完全涂覆陶瓷颗粒的隔膜有明显的能量密度提升优势，在高温下也可维持隔膜本身的尺寸稳定，可实现电池能量密度的提升。可实现电池能量密度的提升。可实现电池能量密度的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种可提高电池能量密度、增强电池安全性能的隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来随着能源与环境问题日益严重，发展清洁可再生的高效能源成为未来人类社会生存与发展的关键。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、环境友好、资源来源广泛且易回收等优点被广泛应用于便携式电子产品、新能源汽车、电化学储能等领域，是解决能源与环境问题的有效策略之一。
[0003]锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。其中，隔膜起到阻隔正、负极导通电解液的作用，对锂离子电池的安全及性能起到了至关重要的影响。为了进一步满足人们对高能量密度、高安全性锂离子电池产品的需求，研发人员开发了多种新型隔膜材料及结构，主要包括：新型耐高温聚合物隔膜、陶瓷涂覆隔膜、陶瓷/聚烯烃共混挤出隔膜和电极材料/陶瓷/聚烯烃三层隔膜。CN101752540A公开了一种聚酰亚胺隔膜及其制备方法，将聚酰胺酸溶解后由非溶剂引发相分离(NIPS)法制备成膜，进一步热亚胺化得到聚酰亚胺膜。虽然聚酰亚胺膜熔融温度高、电解液浸润性好，然而NIPS法制备的隔膜强度及伸长率较低，不适于高速电池组装；CN112421182B在基膜表面涂覆陶瓷颗粒提升隔膜耐温及电解液浸润性能，然而涂覆后隔膜厚度和密度显著增大，导致正极和负极材料填充量减少，降低电池能量密度；CN114229817A将磷酸钛锂铝分散在聚乙烯/白油铸膜液中混合挤出，提升隔膜耐热和容量循环稳定性，然而磷酸钛锂铝分散的不均匀性及其与聚乙烯之间较差的相容性可能会导致隔膜孔径分布进一步变宽，使锂离子传输不均匀性增加，促进锂枝晶产生，诱发电池内短路事故；CN115020920A公开了一种锂电隔膜与电池集成制备方法，制备的锂电隔膜包含三层结构，第一层基膜为锂电多孔隔膜，第二层绝缘热稳定层选用陶瓷粉末或热稳材料以及聚合物粘结剂，第三层活性物质层选用正极/负极活性物质、聚合物材料和导电剂。虽然在隔膜上直接复合正、负极活性物质提升了离子电导率，然而由于组装电池时正、负极活性物质填充量有限，此方法对电池能量密度并无提升效果。
[0004]磷酸锂类、三元类正极材料及碳基、硅基等负极材料，具有优异的热稳定性、尺寸均匀性、溶液可加工性。本专利技术人发现,将电极材料与陶瓷共混后涂覆于隔膜表面不仅有利于耐热性能的提升，同时还可增加电池活性材料容量，进一步在提升电池安全性的基础上增大能量密度。因此，如何使用简单有效的工艺，实现电极材料涂覆隔膜的制备，从而满足高安全性能、高能量密度锂离子电池的需要，具有重要的工业应用价值。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种可提高电池能量密度、增强电池安全性能的隔膜及其制备方法和应用。
[0006]一种锂电隔膜制备方法，包括以下步骤：
[0007]将电极材料、陶瓷颗粒、助剂加入溶剂中分散均匀，形成浆料；所述电极材料为正极材料或负极材料，所述正极材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种混合物，所述负极材料为石墨、钛酸锂、硅碳中的一种或多种混合物；所述助剂包括粘结剂、润湿剂和分散剂；
[0008]将所述浆料涂覆在聚合物隔膜的一面或两面，高温烘烤后得到锂电池隔膜。
[0009]进一步地，所述电极材料D50为0.2～50μm。
[0010]进一步地，所述陶瓷颗粒为氧化铝、勃姆石、硫酸钡、氮化硼、二氧化硅、氯化钙、氢氧化镁中的一种或多种混合物；所述陶瓷颗粒D50为0.1～2μm。
[0011]进一步地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、顺丁烯二酸酐、聚乙烯醇、羧甲基纤维素中的一种或多种混合物；所述润湿剂为氟代烷基甲氧基醚醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、炔二醇乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚丙烯酸铵、硅氧烷、聚硅氧烷、脂肪酸盐中的一种或多种混合物；所述分散剂为氟代烷基乙氧基醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、丁苯萘磺酸钠、羟乙基硫酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种混合物。
[0012]进一步地，所述溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺、N
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甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、乙醇、丙酮、甲苯、正庚烷、水中的一种或多种混合物。
[0013]进一步地，所述浆料中所述电极材料占总质量百分比为10～35wt％，所述陶瓷颗粒占总质量百分比为5～30wt％，所述粘结剂占总质量百分比为3.0～9.0wt％，所述润湿剂占总质量百分比为0.1～0.5wt％，所述分散剂占总质量百分比为0.05～0.1wt％，所述溶剂占总质量百分比为剩余的量，例如45～59wt％。
[0014]进一步地，所述浆料的配置步骤包括：
[0015]在溶剂中依次加入润湿剂、分散剂，20～60℃下，20～1000rpm转速搅拌溶解5～60min；
[0016]然后加入电极材料与陶瓷颗粒，50～80℃下，100～2000rpm转速搅拌分散5～180min；
[0017]最后加入粘结剂，升温5～10℃，相同转速下搅拌分散5～180min后，得到均匀分散的浆料。
[0018]进一步地，所述聚合物隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚酰亚胺隔膜、聚醚醚酮隔膜、聚噁二唑隔膜、聚三唑隔膜中的一种。
[0019]进一步地，所述浆料的涂覆方法为微凹辊涂覆、线棒涂覆或窄缝涂覆，涂层厚度为0.5～10μm；涂覆完成后所述隔膜进入烘箱，在50～100℃下将溶剂完全挥发，进行收卷、分切，得到适合尺寸的锂离子隔膜。
[0020]一种锂电隔膜，由上述方法制备得到。
[0021]一种上述方法制备的锂电隔膜的应用，所述锂电隔膜应用于锂电池以及包含所述锂电池的产品。
[0022]进一步地，所述锂电隔膜应用于锂电池包括制备基于所述锂电隔膜的锂电池，制备步骤包括：所述锂电隔膜为涂覆正极材料的隔膜或涂覆负极材料的隔膜，首先将涂覆正极材料的隔膜与正极极片贴合，或涂覆负极材料的隔膜与负极极片贴合，使用卷绕或叠片的生产工艺进行电芯的制作；然后将制备完成的电芯按照入壳、烘烤、注液、封口、化成、分容的步骤制作电池。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]1、本专利技术中将陶瓷与电极活性材料混合涂覆于商业化聚乙烯隔膜上，制备出的涂覆隔膜仍可维持基膜原本的机械强度，可直接适用于高速电池组装。
[0025]2、本法明的锂电隔膜涂覆层已包含部分电极活性材料，相比于完全涂覆陶瓷颗粒的隔膜有明显的能量密度提升优势，且由于电极活性材料本身具有优异的耐高温性能，故其在高温下也可维持隔膜本身的尺寸稳定。
[0026]3、本专利技术将电极活性材料涂覆于商业化锂离子电池基膜上，组装电池后活性材料含量比相同工艺下其他隔膜(陶瓷涂覆隔膜、聚合物隔膜、电极/陶瓷/聚合物三层复合隔膜)有显著优势，可实现电池能量密度的提升。
附图说明
[0027]图1为实施例1聚乙烯隔膜涂覆磷酸铁锂后膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电隔膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将电极材料、陶瓷颗粒、助剂加入溶剂中分散均匀，形成浆料；所述电极材料为正极材料或负极材料，所述正极材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂中的一种或多种混合物，所述负极材料为石墨、钛酸锂、硅碳中的一种或多种混合物；所述助剂包括粘结剂、润湿剂和分散剂；将所述浆料涂覆在聚合物隔膜的一面或两面，高温烘烤后得到锂电池隔膜。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电极材料D50为0.2～50μm；所述陶瓷颗粒为氧化铝、勃姆石、硫酸钡、氮化硼、二氧化硅、氯化钙、氢氧化镁中的一种或多种混合物；所述陶瓷颗粒D50为0.1～2μm。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、顺丁烯二酸酐、聚乙烯醇、羧甲基纤维素中的一种或多种混合物；所述润湿剂为氟代烷基甲氧基醚醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、炔二醇乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚丙烯酸铵、硅氧烷、聚硅氧烷、脂肪酸盐中的一种或多种混合物；所述分散剂为氟代烷基乙氧基醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、丁苯萘磺酸钠、羟乙基硫酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种或多种混合物。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺、N
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甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、乙醇、丙酮、甲苯、正庚烷、水中的一种或多种混合物。5.如权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢新春，周敬源，宋四超，韦育鲜，朱先进，申兰耀，
申请(专利权)人：江苏北星新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：