CN108963150A - 隔离膜涂层浆料、电池隔离膜、锂离子电池及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种隔离膜涂层浆料、电池隔膜、锂离子电池及其制备方法，涂层浆料的组分包括聚氯乙烯及溶剂，聚氯乙烯用于提高所述涂层浆料制备得到的电池隔离膜涂层的粘结性，本发明的涂层浆料中包括聚氯乙烯，极大地改善了形成电池隔离膜的粘结性，最终得到的电池隔膜的粘结效果得到极大的改善，隔膜在锂电热压下，提供一定的粘结力，使隔膜和电极片粘结更好，涂布膜填充物陶瓷和聚氯乙烯分散性较好，有利于进一步提高电池隔离膜性能，聚氯乙烯价格便宜，环境友好，电池的寿命及各性能得到有效的提升。

Description

隔离膜涂层浆料、电池隔离膜、锂离子电池及制备方法

技术领域

本发明属于电池制备技术领域，特别是涉及一种电池隔离膜涂层浆料、电池隔离膜、锂离子电池及制备方法。

背景技术

目前，在商业化使用的锂离子电池隔膜一般为聚乙烯或者聚丙烯隔膜，这样的隔膜有较好的抗酸碱性，较高的拉伸强度，较高孔隙率等性能。但在电池的制作过程中，由于电池的材料较软，单层的电池正极或者负极都无法满足电池的硬度，如果能够使电池的正负极粘结在一起的话，这样的电池硬度会大大的提高，这样做出来的电池则更加满足实际的要求，因此，将目光放在电池正负极中间的电池隔膜上。由于一般的基膜的本身是不带有任何的粘结性能的，所以越来越多的电池企业将目光投向于涂布膜上面。若可以将隔膜涂上一层胶使其有粘性，这样我们的问题就解决了。然而，在现有的技术上，涂上的一层胶的粘结特性很低，有时候无法满足电池的需求，这样需要更高的粘结特性的聚合物来满足要求。

因此，如何提供一种电池隔离膜涂层浆料、电池隔离膜、锂离子电池及其制备方法，以解决现有技术中的上述技术问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电池隔离膜涂层浆料、电池隔离膜、锂离子电池及制备方法，用于解决现有技术中电池隔离膜粘结性能无法满足实际要求等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电池隔离膜涂层浆料，所述涂层浆料的组分包括聚氯乙烯及溶剂，其中，所述聚氯乙烯用于提高所述涂层浆料制备得到的电池隔离膜的粘结性。

作为本发明的一种优选方案，所述聚氯乙烯的平均聚合度的范围在1000-1600以内。

作为本发明的一种优选方案，所述涂层浆料的组分还包括填充物、粘结剂、分散剂及增稠剂中一种或多种的组合。

作为本发明的一种优选方案，所述涂层浆料的组分包括所述聚氯乙烯、所述填充物、所述粘结剂、所述分散剂、所述增稠剂以及所述溶剂，其中，按重量份数计，所述聚氯乙烯6-10份，所述填充物30-40份，所述粘结剂2-10份，所述分散剂1-4份，所述增稠剂1-2份，所述溶剂45-60份。

作为本发明的一种优选方案，所述涂层浆料的组分包括所述填充物，所述填充物选自纳米氧化铝、勃姆石中的一种或多种的组合，所述填充物的粒径大小的范围在0.9μm-1.1μm以内，所述纳米氧化铝包括α-Al2O3，所述勃姆石包括γ-AlOOH。

作为本发明的一种优选方案，所述涂层浆料的组分包括所述粘结剂，所述粘结剂包括水性丙烯酸树脂溶液，其中，所述水性丙烯酸树脂溶液中，固含量的范围在44wt％-46wt％以内，丙烯酸树脂的平均分子量范围在20万-50万以内；所述水性丙烯酸树脂溶液包括吸水性水性丙烯酸树脂溶液。

作为本发明的一种优选方案，所述水性丙烯酸树脂溶液包括水性丙烯酸树脂水溶液，所述水性丙烯酸树脂水溶液的粘度范围在10mPa·s-50mPa·s以内，所述水性丙烯酸树脂水溶液的pH值范围在6.5-8.5以内。

作为本发明的一种优选方案，所述涂层浆料的组分包括所述分散剂，所述分散剂包括聚丙烯酸铵盐溶液，其中，所述聚丙烯酸铵盐溶液中，至少90％粒子的粒径大小小于等于2μm，所述聚丙烯酸铵盐溶液的固含量范围在41wt％-43wt％以内，粘度范围在300mPa·s-450mPa·s以内，pH值范围在7.5-8.0以内。

作为本发明的一种优选方案，所述涂层浆料的组分包括所述增稠剂，所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠颗粒，其中，所述羧甲基纤维素钠颗粒中的活性物含量大于等于99.5wt％，钠含量范围在6.5wt％-9.5wt％以内，取代度范围在0.85-0.95以内，粒径大小范围在150nm-200nm以内。

作为本发明的一种优选方案，所述涂层浆料的组分中的所述溶剂包括纯水，且所述涂层浆料的固含量范围在38wt％-42wt％以内。

本发明还提供一种电池隔离膜，包括基膜；以及位于所述基膜的至少一个表面上的涂层，其中，所述涂层采用如上述任意一项方案所述的电池隔离膜涂层浆料制备得到。

本发明一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上述任意一项方案所述的电池隔离膜。

本发明还提供一种电池隔离膜涂层浆料的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一溶剂，将增稠剂添加到所述溶剂中，以得到第一溶液；

2)将分散剂及填充物中的一种或多种的组合添加到所述第一溶液中，并进行研磨，以得到第二溶液；

3)将聚氯乙烯添加到所述第二溶液中形成第三溶液；以及

4)将粘结剂添加到所述第三溶液中并进行搅拌，以得到所述电池隔离膜涂层浆料。

如上所述，本发明的电池隔离膜涂层浆料、电池隔离膜、锂离子电池及制备方法，具有以下有益效果：本发明提供一种电池隔离膜涂层浆料、由其制备形成的电池隔离膜涂层以及基于其得到的电池隔离膜，本发明的涂层浆料中包括聚氯乙烯，极大地改善了形成电池隔离膜的粘结性，最终得到的电池隔膜的粘结效果得到极大的改善，隔膜在锂电热压下，提供一定的粘结力，使隔膜和电极片(如锂电极片)粘结更好，涂布膜填充物陶瓷和聚氯乙烯分散性较好，有利于进一步提高电池隔离膜性能，另外，聚氯乙烯价格便宜，环境友好，电池的寿命及各性能得到有效的提升。

附图说明

图1显示为本发明提供的电池隔离膜的结构示意图。

图2显示为本发明提供的电池隔离膜涂层浆料的制备工艺的流程图。

元件标号说明

11 基膜

21,22 涂层

S1-S4 步骤1)-步骤4)

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

本发明提供一种电池隔离膜涂层浆料，所述涂层浆料的组分包括聚氯乙烯及溶剂，所述聚氯乙烯用于提高所述涂层浆料制备得到的电池隔离膜的粘结性。

作为示例，所述聚氯乙烯的平均聚合度的范围在1000-1600以内。

具体的，本发明提供一种电池隔离膜涂层浆料，在该浆料的组分中，采用聚氯乙烯来提供最终得到电池隔离膜的粘结强度，其中，聚氯乙烯与电池涂布膜中的其他组分具有较好的分散性，增加锂电在热压过程中的粘结性，优点是大大的改善了锂离子电池隔膜的粘结特性，不仅在隔膜在锂电热压下，提供一定的粘结力，且价格便宜，环境友好。所述溶剂选自于纯水、去离子水中的任意一种。另外，所述聚氯乙烯平均聚合度范围优选在1200-1550以内，本示例选择为1500；K值64-75，优选66-70，此外，本文中的“介于…之间”以及“在…以内”是指包括端点的数值范围。

作为示例，所述涂层浆料的固含量(重量百分比)范围在38wt％-42wt％以内，优选在39wt％-41wt％以内。

作为示例，所述涂层浆料的组分还包括填充物、粘结剂、分散剂及增稠剂中一种或多种的组合。

作为示例，所述涂层浆料的组分包括所述填充物，所述填充物选自纳米氧化铝、勃姆石中的一种或多种的组合。

作为示例，所述填充物的粒径大小的范围在0.9μm-1.1μm以内，所述纳米氧化铝包括α-Al2O3，所述勃姆石包括γ-AlOOH。

具体的，本示例提供一种所述涂层浆料的组分，除聚氯乙烯外还包括填充物，优选地，所述填充物包括无机粉体，可以作为水性陶瓷浆料部分，一方面，本申请所提供的浆料中，填充物可以用于增加形成的涂层的厚度，并且改善基材热收缩性能；另一方面，填充物作为陶瓷浆料部分，具有固形作用，用来维持隔膜的形状，所述填充物选自纳米氧化铝、勃姆石中的一种任意一种，当然，也可以是上述两种的组合。所述填充物的粒径，如D50(中位粒径)，优选为0.95μm、0.1μm、0.15μm等。

作为示例，所述涂层浆料的组分包括所述粘结剂，所述粘结剂包括水性丙烯酸树脂溶液。

作为示例，所述水性丙烯酸树脂溶液中，固含量的范围在44wt％-46wt％以内，丙烯酸树脂的平均分子量范围在20万-50万以内；

作为示例，所述水性丙烯酸树脂溶液包括吸水性水性丙烯酸树脂溶液。

作为示例，所述水性丙烯酸树脂溶液包括水性丙烯酸树脂水溶液，所述水性丙烯酸树脂水溶液的粘度范围在10mPa·s-50mPa·s以内，所述水性丙烯酸树脂水溶液的pH值范围在6.5-8.5以内。

具体的，本示例提供一种所述涂层浆料的组分，除聚氯乙烯外还包括粘结剂，主要可以用于使得填充物与基材进行粘合/粘附，所述水性丙烯酸树脂溶液中，固含量的范围优选在44.5wt％-45wt％以内，丙烯酸树脂的平均分子量范围在25万-35万以内。另外，所述吸水性水性丙烯酸树脂溶液优选为低吸水性水性丙烯酸树脂溶液，依据实际需求选择。

作为示例，所述涂层浆料的组分包括所述分散剂，所述分散剂包括聚丙烯酸铵盐溶液；

作为示例，所述聚丙烯酸铵盐溶液中，至少90％粒子的粒径小于等于2μm，所述聚丙烯酸铵盐溶液的固含量范围在41wt％-43wt％以内，粘度范围在300mPa·s-450mPa·s以内，pH值范围在7.5-8.0以内。

具体的，本示例提供一种具体的所述涂层浆料的组分，除聚氯乙烯外还包括分散剂，其中，所述聚丙烯酸铵盐溶液中粒子径90％在2μm以下，优选95％粒子径在2μm以下，固含量范围优选在41.5wt％-42.5wt％以内，粘度范围优选在350mPa·s-400mPa·s以内，pH值范围优选在7.6-7.9以内。

作为示例，所述涂层浆料的组分包括所述增稠剂，所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠颗粒；

作为示例，所述羧甲基纤维素钠颗粒中的活性物含量大于等于99.5wt％，钠含量范围在6.5wt％-9.5wt％以内，取代度范围在0.85-0.95以内，粒径大小范围在150nm-200nm以内。

具体的，本示例提供一种所述涂层浆料的组分，除聚氯乙烯外还包括增稠剂，所述羧甲基纤维素钠颗粒中的活性物含量优选大于等于99.8wt％，钠含量范围优选在6.8wt％-9.2wt％以内，取代度范围优选在0.88-0.92以内，粒径大小范围优选在160nm-180nm以内。

作为示例，所述涂层浆料的组分包括聚氯乙烯、填充物、粘结剂、分散剂、增稠剂以及溶剂，其中，按重量份数计，所述聚氯乙烯6-10份，所述填充物30-40份，所述粘结剂2-10份，所述分散剂1-4份，所述增稠剂1-2份，所述溶剂45-60份。

具体的，在一较佳的实施例中，所述涂层浆料包括上述所有物质，且进一步优选地，按重量份数计，所述聚氯乙烯优选7-9份，所述填充物优选32-38份，所述粘结剂优选4-8份，所述分散剂优选2-3份，所述增稠剂优选1.2-1.8份，所述溶剂优选50-55份，按上述比例混合，以最终得到粘结性能改善，隔膜性能较高的涂层结构。

另外，如图1所示，本发明还提供一种电池隔离膜，包括基膜11；以及位于所述基膜11的至少一个表面上的涂层(21、22)，其中，所述涂层采用如上述方案中任意一项所述的电池隔离膜涂层浆料制备得到。

具体的，按照配比制备好本发明的均匀的电池隔膜浆料，涂覆在所述基膜的至少一侧的表面上，优选涂覆在所述基膜的相对的两侧，以得到电池隔膜。本发明得到的电池隔离膜增加锂电在热压过程中的粘结性，大大的改善了锂离子电池隔膜的粘结特性，另外，作为示例，所述基膜选自聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚丙烯‐聚乙烯‐聚丙烯复合膜、芳纶膜和聚酰亚胺膜中的一种或几种的组合，依据实际需求选择。

本发明还提供一种锂离子电池，包括如上述任意一项方案所述的电池隔离膜。

另外，如图2所示，本发明还提供一种电池隔离膜涂层浆料的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一溶剂，将增稠剂添加到所述溶剂中，以得到第一溶液；

2)将分散剂及填充物中的一种或多种的组合添加到所述第一溶液中，并进行研磨，以得到第二溶液；

3)将聚氯乙烯添加到所述第二溶液中形成第三溶液；以及

4)将粘结剂添加到所述第三溶液中并进行搅拌，以得到所述电池隔离膜涂层浆料。

具体的，本发明还提供一种电池隔离膜涂层浆料的制备方法，现将所述增稠剂溶于溶剂，如去离子水中，并搅拌至完全分散均匀，在一优选示例中，均添加所述分散剂及所述填充物，接着，进一步将所述分散剂和所述填充物按配比添加上述溶液中，并进行研磨均匀，继续，按配比将聚氯乙烯添加到研磨好的上述溶液中，并搅拌至完全分散，之后按配比加入粘结剂，继续搅拌至完全混合，得到均匀的浆料。

另外，本发明还提供一种电池隔离膜的制备方法，使用涂布机将上述陶瓷浆料(所述电池隔离膜涂层浆料)均匀涂覆在锂离子电池隔膜基膜至少一侧，干燥后得到陶瓷浆料涂覆的锂离子电池隔离膜。

下面结合具体实施例，对本发明电池隔膜浆料、电池隔膜以及锂离子电池及各自的制备方法进行进一步说明。

实施例1：

1)浆料制备：将1％的增稠剂加入56％的去离子水中，搅拌至完全分散均匀，再将1％的分散剂和30％的氧化铝粉，并研磨，以及将10％的聚氯乙烯加入到溶液中，搅拌至完全分散，之后加入2％的粘结剂，继续搅拌至完全混合，得到均匀的浆料。

2)锂离子电池陶瓷复合隔膜的制备过程：使用涂布机将上述陶瓷浆料均匀涂覆在锂离子电池隔膜基膜一侧，干燥后得到陶瓷涂覆的锂离子电池隔膜。

实施例2：

按照实施例1的方法制备含聚氯乙烯的水性陶瓷浆料，不同的是上述的氧化铝粉改为勃姆石粉体。

实施例3：

按照实施例1的方法制备聚氯乙烯水性陶瓷浆料，不同的是上述聚氯乙烯的质量比改为实施例1中的聚氯乙烯含量的四分之一。

对比例：

将1％的增稠剂加入56％的去离子水中，搅拌至完全分散均匀，再将1％的分散剂和40％的氧化铝粉，搅拌至完全分散，并研磨，之后加入2％的粘结剂，继续搅拌至完全混合，得到均匀的浆料。

对以上本发明的实施例和对比例的锂离子电池隔离膜性能进行测试，此粘接强度在120℃下测试，数据见下表1：

表1

从表中的数据可以看出，本发明的实施例在粘结强度方面，远远地改善了以前只使用填充物(陶瓷粉体)的涂布膜性能，使其更加符合我们日常的生产应用。其中，由实施例1和实施例3及对比例可以看出，在减少聚氯乙烯含量的情况下，电池隔离膜的粘结强度有一定的降低，但是相对于对比例接近呈倍增的趋势，可见聚氯乙烯对电池性能存在明显改进。

综上所述，本发明提供一种隔离膜涂层浆料、电池隔膜、锂离子电池及其制备方法，所述涂层浆料的组分包括聚氯乙烯及溶剂，所述聚氯乙烯用于提高所述涂层浆料制备得到的电池隔离膜涂层的粘结性，本发明的涂层浆料中包括聚氯乙烯，极大地改善了形成电池隔离膜的粘结性，最终得到的电池隔膜的粘结效果得到极大的改善，隔膜在锂电热压下，提供一定的粘结力，使隔膜和锂电极片粘结更好，涂布膜填充物陶瓷和聚氯乙烯分散性较好，有利于进一步提高电池隔离膜性能，聚氯乙烯价格便宜，环境友好，电池的寿命及各性能得到有效的提升。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种电池隔离膜涂层浆料，其特征在于，所述涂层浆料的组分包括聚氯乙烯及溶剂，其中，所述聚氯乙烯用于提高所述涂层浆料制备得到的电池隔离膜的粘结性。

2.根据权利要求1所述的电池隔离膜涂层浆料，其特征在于，所述聚氯乙烯的平均聚合度的范围在1000-1600以内。

3.根据权利要求1所述的电池隔离膜涂层浆料，其特征在于，所述涂层浆料的组分还包括填充物、粘结剂、分散剂及增稠剂中一种或多种的组合。

4.根据权利要求3所述的电池隔离膜涂层浆料，其特征在于，所述涂层浆料的组分包括所述聚氯乙烯、所述填充物、所述粘结剂、所述分散剂、所述增稠剂以及所述溶剂，其中，按重量份数计，所述聚氯乙烯6-10份，所述填充物30-40份，所述粘结剂2-10份，所述分散剂1-4份，所述增稠剂1-2份，所述溶剂45-60份。

5.根据权利要求3所述的电池隔离膜涂层浆料，其特征在于，所述涂层浆料的组分包括所述填充物，所述填充物选自纳米氧化铝、勃姆石中的一种或多种的组合；所述填充物的粒径大小的范围在0.9μm-1.1μm以内；所述纳米氧化铝包括α-Al₂O₃，所述勃姆石包括γ-AlOOH。

6.根据权利要求3所述的电池隔离膜涂层浆料，其特征在于，所述涂层浆料的组分包括所述粘结剂，所述粘结剂包括水性丙烯酸树脂溶液；所述水性丙烯酸树脂溶液中，固含量的范围在44wt％-46wt％以内，丙烯酸树脂的平均分子量范围在20万-50万以内；所述水性丙烯酸树脂溶液包括吸水性水性丙烯酸树脂溶液。

7.根据权利要求6所述的电池隔离膜涂层浆料，其特征在于，所述水性丙烯酸树脂溶液包括水性丙烯酸树脂水溶液，所述水性丙烯酸树脂水溶液的粘度范围在10mPa·s-50mPa·s以内，所述水性丙烯酸树脂水溶液的pH值范围在6.5-8.5以内。

8.根据权利要求3所述的电池隔离膜涂层浆料，其特征在于，所述涂层浆料的组分包括所述分散剂，所述分散剂包括聚丙烯酸铵盐溶液；所述聚丙烯酸铵盐溶液中，至少90％粒子的粒径大小小于等于2μm，所述聚丙烯酸铵盐溶液的固含量范围在41wt％-43wt％以内，粘度范围在300mPa·s-450mPa·s以内，pH值范围在7.5-8.0以内。

9.根据权利要求3所述的电池隔离膜涂层浆料，其特征在于，所述涂层浆料的组分包括所述增稠剂，所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠颗粒；所述羧甲基纤维素钠颗粒中的活性物含量大于等于99.5wt％，钠含量范围在6.5wt％-9.5wt％以内，取代度范围在0.85-0.95以内，粒径大小范围在150nm-200nm以内。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的电池隔离膜涂层浆料，其特征在于，所述涂层浆料的组分中的所述溶剂包括纯水，所述涂层浆料的固含量范围在38wt％-42wt％以内。

11.一种电池隔离膜，其特征在于，包括基膜；以及位于所述基膜的至少一个表面上的涂层，其中，所述涂层采用如权利要求1～10中任意一项所述的电池隔离膜涂层浆料制备得到。

12.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求11所述的电池隔离膜。

13.一种电池隔离膜涂层浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供一溶剂，将增稠剂添加到所述溶剂中，以得到第一溶液；

2)将分散剂及填充物中的一种或多种的组合添加到所述第一溶液中，并进行研磨，以得到第二溶液；

3)将聚氯乙烯添加到所述第二溶液中形成第三溶液；

4)将粘结剂添加到所述第三溶液中并进行搅拌，以得到所述电池隔离膜涂层浆料。