一种水性陶瓷浆料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种水性陶瓷浆料及其制备方法和应用。以所述水性陶瓷浆料的总质量为100％计，所述水性陶瓷浆料包括以下原料：陶瓷颗粒25

【技术实现步骤摘要】
一种水性陶瓷浆料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于隔膜材料
，具体涉及一种水性陶瓷浆料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]隔膜作为锂离子电池的关键组成部分，隔膜的性能优劣将直接影响组装的电池的内阻、容量、循环性能以及安全性能。一方面，由于非极性的聚烯烃隔膜与极性电解液之间的亲和力较差，故导致锂离子电池的界面电阻较高。另一方面，传统的聚烯烃隔膜具有熔点低、热收缩性强以及容易变形的劣势，在接近熔点时其容易发生融化收缩，引起电池短路爆炸，对电池的安全性能造成极大的影响。
[0003]目前，现有技术中公开了陶瓷复合隔膜，其能够提高聚烯烃隔膜的热稳定性和机械强度，避免隔膜刺穿引发电池短路，但其在应用过程中存在以下问题：一方面，陶瓷复合隔膜有机、无机材料的界面相容性较差，往往导致陶瓷复合隔膜出现掉粉问题；另一方面，陶瓷复合隔膜中的陶瓷涂层一定程度上增加了隔膜与电极材料之间的界面电阻，影响了电池的电化学性能。
[0004]因此，在本领域中，亟需开发一种兼具良好的界面相容性、低电阻和热稳定性的陶瓷复合隔膜，以此解决上述问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种水性陶瓷浆料及其制备方法和应用。本专利技术提供的水性陶瓷浆料与基膜之间具有良好的亲和性，并且制备得到的隔膜不仅对电解液具有良好的浸润性能和较高的吸液率，同时具有良好的热稳定性以及较低的界面电阻。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种水性陶瓷浆料，以所述水性陶瓷浆料的总质量为100％计，所述水性陶瓷浆料包括以下原料：
[0008][0009]本专利技术通过提供一种特定组成的水性陶瓷浆料，使得水性陶瓷浆料与基膜之间具有良好的亲和性，并且制备得到的隔膜不仅对电解液具有良好的浸润性能和较高的吸液率，同时具有良好的热稳定性以及较低的界面电阻。其中，陶瓷颗粒不仅能够提高制备得到的隔膜的热稳定性，同时其本身具有较高的比表面能，能够大幅提高水性陶瓷浆料与基膜的亲和性，使得隔膜具有更强的浸润性和吸液率，降低了电池界面阻抗，组装的二次电池也能表现出更好的循环稳定性和倍率性能。此外，膨润土能够起到防沉的作用，避免浆料发生沉降；活性剂能够活化陶瓷颗粒中的活性成分，并且分散剂与活性剂之间具有协同作用，有利于保证陶瓷颗粒在水性浆料体系中的均匀分散。
[0010]相比于传统的陶瓷复合隔膜，本专利技术提供的水性陶瓷浆料制备得到的隔膜具有较低的电荷转移电阻和优异的界面相容性，使得组装的锂离子电池均表现出良好倍率性能和循环性能，尤其是在高电流密度下，使得制备得到的陶瓷复合隔膜的锂离子电池具有更高放电比容量的优势。
[0011]在本专利技术中，所述陶瓷颗粒的含量为25
‑
35％，例如可以为25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％等。
[0012]在本专利技术中，通过调整陶瓷颗粒的含量，使得隔膜能够储存更多的电解液便于锂离子的传输，含量过低则会陶瓷颗粒之间的间隔过大，难以支撑隔膜的涂层抵抗热收缩，反之则会使浆料在涂刷的过程中产生微小气泡，而气泡在随后的烘干处理中吸热破裂。
[0013]在本专利技术中，所述膨润土的含量为0.2
‑
2％，例如可以为0.2％、0.3％、0.5％、0.8％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％等。
[0014]在本专利技术中，所述羧甲基纤维素钠的含量为1
‑
10％，例如可以为1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％等
[0015]在本专利技术中，所述分散剂的含量为1
‑
5％，例如可以为1％、2％、3％、4％、5％等。
[0016]在本专利技术中，通过调整分散剂的含量，使得粉体的分散性提高，介质表面降低，含量过低则会浆料产生相当高的粘性，导致流动性极差，严重影响陶瓷浆料的质量，反之则会使浆料产生絮凝现象，稳定性变差，导致浆料黏度越来越大、越来越稠，并降低原有浆料的各项性能。
[0017]在本专利技术中，所述活性剂的含量为1
‑
5％，例如可以为1％、2％、3％、4％、5％等。
[0018]在本专利技术中，通过调整活性剂的含量，使得胶料的表面张力降低，界面活性提高，促进和提高浆料向隔膜的渗透和扩散作用，含量过低则会导致浆料抱团结块，反之则会造成浆料泡沫过多，难以消除。
[0019]在本专利技术中，所述水的含量为45
‑
60％，例如可以为45％、48％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％等。
[0020]优选地，以所述水性陶瓷浆料的总质量为100％计，所述水性陶瓷浆料包括以下原料：
[0021][0022]优选地，所述陶瓷颗粒包括氮化硅、氧化铝、氧化锆或二氧化钛中的任意一种或至少两种的组合。
[0023]优选地，所述氮化硅的晶型结构为β相。
[0024]优选地，所述陶瓷颗粒的平均粒径为30
‑
100nm，例如可以为30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm等。
[0025]在本专利技术中，通过调控陶瓷颗粒的平均粒径，使得隔膜具有均匀的孔隙率，有利于隔膜储存更多的电解液，为锂离子运输提供更多的通道，有利于锂离子在充放电过程中快速迁移。
[0026]优选地，所述水性陶瓷浆料还包括粘结剂。
[0027]在本专利技术中，加入粘结剂具有增稠的作用。
[0028]优选地，所述粘结剂包括聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯乳液(SBR)或水性聚丙烯酸酯(PAA)中的任意一种或至少两种的组合。
[0029]优选地，以所述水性陶瓷浆料的总质量为100％计，所述粘结剂的质量百分含量为3
‑
7％，例如可以为3％、4％、5％、6％、7％等。
[0030]优选地，所述分散剂包括丙烯酸铵盐、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物或聚苯乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
[0031]优选地，所述活性剂包括异构十碳醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚或聚氧乙烯酯中的任意一种或至少两种的组合。
[0032]优选地，所述水性陶瓷浆料还包括消泡剂。
[0033]在本专利技术中，加入消泡剂具有防止涂刷上隔膜时产生微小气泡的效果。
[0034]优选地，所述消泡剂包括GPES消泡剂、高碳醇、磷酸三丁酯或二甲基硅油中的任意一种或至少两种的组合。
[0035]优选地，以所述水性陶瓷浆料的总质量为100％计，所述消泡剂的质量百分含量为2
‑
4％，例如可以为2％、2.2％、2.5％、2.8％、3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％等。
[0036]优选地，所述水性陶瓷浆料的粘度为0.1
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性陶瓷浆料，其特征在于，以所述水性陶瓷浆料的总质量为100％计，所述水性陶瓷浆料包括以下原料：2.根据权利要求1所述的水性陶瓷浆料，其特征在于，以所述水性陶瓷浆料的总质量为100％计，所述水性陶瓷浆料包括以下原料：3.根据权利要求1或2所述的水性陶瓷浆料，其特征在于，所述陶瓷颗粒包括氮化硅、氧化铝、氧化锆或二氧化钛中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述氮化硅的晶型结构为β相；优选地，所述陶瓷颗粒的平均粒径为30
‑
100nm。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的水性陶瓷浆料，其特征在于，所述水性陶瓷浆料还包括粘结剂；优选地，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、丁苯乳液或水性聚丙烯酸酯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，以所述水性陶瓷浆料的总质量为100％计，所述粘结剂的质量百分含量为3
‑
7％；优选地，所述分散剂包括丙烯酸铵盐、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物或聚苯乙烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述活性剂包括异构十碳醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚或聚氧乙烯酯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述水性陶瓷浆料还包括消泡剂；
优选地，所述消泡剂包括GPES消泡剂、高碳醇、磷酸三丁酯或二甲基硅油中的任意一种或至少两种的组合；优选地，以所述水性陶瓷浆料的总质量为100％计，所述消泡剂的质量百分含量为2
‑
4％；优选地，所述水性陶瓷浆料的粘度为0.1
‑
0.5pa
·
s；优选地，所述水性陶瓷浆料的固含量为60
‑
80％。5.一种制备根据权利要求1
‑
4中任一项所述的水性陶瓷浆料的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：付怡，陈若玲，王凯，魏成卓，官仕齐，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：