一种高性能隔膜浆料及其隔膜的制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池隔膜领域，具体涉及一种高性能隔膜浆料及其隔膜的制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池广泛应用于航空航天、电动汽车、移动设备、储能系统等领域。近年来随着锂离子电池的大规模应用，电池的性能和安全成了用户关注的重点。作为锂离子电池重要组件之一的隔膜，虽不参与电化学反应，却承担着离子传导、隔离正负极的关键作用。隔膜性能影响着电池的电性能和安全性能，因此对隔膜的性能提出了较高的要求。传统聚烯烃隔膜存在耐热性能差、浸润性能不足等问题，通过表面涂覆改性技术可显著提升其性能。目前，主流的浆料涂层包括无机陶瓷涂层、pvdf（聚偏二氟乙烯）涂层及芳纶涂层等，但各自仍存在显著局限。

2、无机陶瓷涂层有内阻大，陶瓷颗粒易脱落，电池循环衰减过快等问题。pvdf涂层是一种油性涂覆体系，会造成严重的环境污染。石油基芳纶涂层因可使涂覆隔膜具有较高的破膜温度、较低的热收缩性以及良好的电解液浸润性，受到了广泛的关注。然而，石油基芳纶涂层仍面临严峻挑战：现阶段石油基芳纶涂覆以油性涂覆体系为主，污染较大、成本高昂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高性能隔膜浆料及其隔膜的制备方法，以解决现有锂离子电池隔膜综合性能不佳的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种高性能隔膜浆料，按质量份数计，所述浆料包括以下原料：

4、改性纳米颗粒10-20份，改性纳米纤维10-20份，偶联剂1-5份，分散剂1-5份，润湿剂0.1-0.5份，粘结剂5-10份，溶剂50-80份；

5、所述改性纳米颗粒和改性纳米纤维由采用单宁酸改性处理纳米颗粒和纳米纤维得到。

6、进一步地，所述单宁酸改性处理的具体步骤如下：将纳米纤维或者纳米颗粒分散液滴入单宁酸溶液，在室温下搅拌12h。

7、进一步地，所述单宁酸溶液浓度为0.5-2g/l。

8、利用单宁酸分子上的酚羟基和芳香族没食子酰基，通过氢键、π-π堆积的协同作用，使其牢固且均匀地附着于纳米纤维和纳米颗粒表面。在引入了大量的酚羟基的同时，显著提升了亲水性，防止纳米纤维和纳米颗粒的团聚，浆料可以均匀地涂布于锂离子电池隔膜上，使涂布浆料后的隔膜性能更加稳定。

9、进一步地，所述纳米颗粒的材质为呋喃基聚酰胺，粒径为0.01-0.5μm。

10、进一步地，所述纳米纤维的材质为呋喃基聚酰胺，直径为0.01-0.5μm，长度＜10μm。

11、进一步地，所述偶联剂为硅烷类、硅酸盐类、磷酸盐类中的至少一种；所述分散剂为聚铵盐类、季铵盐类、聚氨酯类中的至少一种；所述润湿剂为聚醚类、脂肪醇类中的至少一种。

12、进一步地，所述粘结剂为聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯酸类中的至少一种，玻璃化转变温度＞200℃。

13、进一步地，所述溶剂为去离子水。

14、进一步地，所述一种高性能隔膜浆料的制备方法为：

15、s1：按照比例准备原料，将改性纳米颗粒、改性纳米纤维、分散剂和溶剂混合，使用高速分散机进行搅拌，形成浆料；

16、s2：将偶联剂、润湿剂和粘结剂加入到s1制备得到的浆料中，使用分散机进行搅拌，搅拌后得到成品浆料。

17、粘结剂的羧基或酰胺与呋喃基聚酰胺纳米纤维和纳米颗粒上的酰胺键、醚氧键形成氢键，增强了涂层的稳定性。当电池内部温度升高，功能涂层中粘结剂发生形变，和生物基纳米颗粒、纳米纤维紧密贴合，形成具有强度的隔离层，可快速抑制热量的蔓延传播。

18、第二方面，本发明提供了一种锂离子电池隔膜的制备方法，采用上述内容中任一项所述的高性能隔膜浆料进行制备，包括以下步骤：将上述的浆料涂覆于pe基膜的单面或者双面，烘干定型，得到隔膜。

19、进一步地，上述涂覆工艺为均匀涂覆工艺包括凹版辊涂、挤压式。

20、进一步地，所述涂覆厚度≤2μm。

21、本发明的有益效果：

22、1、本发明提供的高性能隔膜浆料的呋喃基聚酰胺纳米纤维和纳米颗粒的原料可来自秸秆等农林废弃生物质，在避免了传统石油基芳纶带来的污染的同时，还大量减少碳排放，满足“双碳”政策的要求。

23、2、本发明提供的呋喃基聚酰胺纳米纤维和纳米颗粒的改性方法是在表面形成了一层超分子层：其核心在于利用单宁酸分子上的酚羟基和芳香族没食子酰基作为锚点，通过氢键、π-π堆积的协同作用，使其牢固且均匀地附着于纳米纤维和纳米颗粒的表面。这一修饰引入了大量的酚羟基，显著提升了亲水性，防止纳米纤维和纳米颗粒的团聚，使得浆料可以均匀地涂布于锂离子电池隔膜上，使涂布浆料后的隔膜性能更加稳定。

24、3、本发明提供的呋喃基聚酰胺纳米纤维和纳米颗粒上的酰胺键、醚氧键与粘结剂的羧基或酰胺构建氢键网络，增强了涂层的稳定性。

25、4、本发明提供的高性能隔膜浆料通过纳米颗粒和纳米纤维形成共轭π电子体系结构与玻璃化转变温度较高的粘结剂的协同配合，结合涂覆工艺，从多维度解决了现有电池隔膜综合性能不佳的问题。纳米颗粒和纳米纤维具有生物基官能团呋喃环结构，可形成共轭π电子体系结构，使其与电池中的电解液具有较好的亲和性。当电池内部温度达到高温时，功能涂层中粘结剂发生形变，随着温度的升高快速熔化，和生物基纳米颗粒、纳米纤维紧密贴合，形成具有强度的隔离层，可快速抑制热量的蔓延传播，改善电池的安全性能。此外，通过合浆涂覆工艺形成超薄涂层，减小内阻，从而实现锂离子电池隔膜的电性能提升。

1.一种高性能隔膜浆料，其特征在于，按质量份数计，所述浆料包括以下原料：

2.根据权利要求1所述的一种高性能隔膜浆料，其特征在于，所述单宁酸改性处理的具体步骤如下：将纳米纤维或者纳米颗粒分散液滴入单宁酸溶液，在室温下搅拌12h。

3.根据权利要求2所述的一种高性能隔膜浆料，其特征在于，所述单宁酸溶液浓度为0.5-2g/l。

4.根据权利要求1所述的一种高性能隔膜浆料，其特征在于，所述纳米颗粒的材质为呋喃基聚酰胺，粒径为0.01-0.5μm。

5.根据权利要求1所述的一种高性能隔膜浆料，其特征在于，所述纳米纤维的材质为呋喃基聚酰胺，直径为0.01-0.5μm，长度＜10μm。

6.根据权利要求1所述的一种高性能隔膜浆料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷类、硅酸盐类、磷酸盐类中的至少一种；所述分散剂为聚铵盐类、季铵盐类、聚氨酯类中的至少一种；所述润湿剂为聚醚类、脂肪醇类中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种高性能隔膜浆料，其特征在于，所述粘结剂为聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯酸类中的至少一种，玻璃化转变温度＞200℃。

8.根据权利要求1所述的一种高性能隔膜浆料，其特征在于，所述溶剂为去离子水。

9.根据权利要求1所述的一种高性能隔膜浆料，其特征在于，所述浆料的制备方法为：

10.一种隔膜的制备方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的高性能隔膜浆料进行制备，包括以下步骤：将浆料涂覆于pe基膜的单面或者双面，烘干定型，得到隔膜。