一种芳纶树脂基复合涂层锂电池隔膜及其制备方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种芳纶树脂基复合涂层锂电池隔膜及其制备方法。


背景技术：

2.目前商业化的电池隔膜主要以pp、pe等聚烯烃隔膜为主，这些商业化的隔膜能满足锂离子电池的一般要求，如厚度合适、机械强度高、化学稳定性好等。但是，聚烯烃类隔膜具有孔隙率低、热稳定性差和电解液润湿性差等缺点，上述缺点会严重限制锂离子电池的电化学性能，并可能导致严重的安全问题，同时，随着锂离子动力电池工艺技术的发展应用，对电池的安全性能要求也越来越高。间位芳纶(pmia)是一种应用广泛的耐高温材料，具有极高的热稳定性(最高可达400℃)，和优异的耐化学腐蚀性能。因此pmia作为一种新型的锂离子电池隔膜材料受到了广泛的关注，采用其作为基膜，具有很好的热稳定性和高的孔隙率，基膜表面涂覆有复合涂层，可以实现低温断路行为和高温下隔膜完整性。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了满足现在的动力电池对安全性要求越来越高的问题，间位芳纶(pmia)作为耐高温基底材料，可以实现低温断路行为和高温下隔膜完整性，保证了隔膜在正负极片之间的阻隔作用，防止电池内部短路，保障了电池的安全。
4.为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
5.一种芳纶树脂基复合涂层锂电池隔膜及其制备方法，所述复合锂离子电池隔膜由耐高温多孔基膜和涂覆在基膜两侧的复合涂层组成，基膜采用间位芳纶(pmia)作为耐高温基底材料，复合涂层包括聚合物粒子和无机陶瓷颗粒，涂层浆料为水系浆料，将该浆料涂覆到基膜上，得到复合涂层隔膜，具体步骤如下：
6.s1、采用相转化法制备pmia多孔基膜。
7.s2、聚合物粒子、无机陶瓷颗粒、分散剂、粘结剂、润湿剂与去离子水混合后，在高速分散机上搅拌1～5小时，转速为500～3000转/分钟，制得混合浆料。
8.s3、将混合液利用涂覆机涂布在基膜表面，在50～85℃下烘干，得到复合涂层隔膜。
9.优选地，所述相转化法的凝固浴温度25℃，溶剂与非溶剂分别为dmac与丙三醇，二者比例为7:3；
10.优选地，选用间位耐热芳纶材料，采用相分离制备的多孔膜，具有很好的热稳定性，在250℃/1h热收缩率《1％、孔隙率25％～85％；
11.优选地，在s2中，所述复合涂层包括聚合物粒子和无机陶瓷颗粒重量比介于4:5～1:9之间；
12.优选地，在s2中，所述的聚合物粒子为平均分子量不超过4500、优选低于1200的低分子量聚乙烯(lmwpe)微球；
13.优选地，在s2中，所述的陶瓷颗粒为氧化铝、勃姆石及氧化镁中的一种或多种的组合；
14.优选地，在s2中，所述无机陶瓷颗粒粒径范围为150nm～3μm；
15.优选地，在s2中，所述的聚合物粒子微球颗粒粒径范围为50nm～1μm；
16.优选地，在s3中，所述涂层材料涂覆在基膜的至少一面；
17.优选地，在s3中，所述混合浆料为水系浆料；
18.优选地，在s3中，混合浆料利用涂覆机涂布在基膜表面，在50℃～85℃下烘干。
19.有益效果：
20.本发明采用相转化法制备pmia多孔基膜，高的孔隙率提供了充足的离子通道，间位芳纶(pmia)作为耐高温基底材料，保证隔膜高温下的完整性，隔膜表面涂覆有聚合物与无机陶瓷的混合物，易于电解液润湿，当电池发生热失控，达到一定温度，涂覆在隔膜表面的聚合物粒子熔融变形填充无机陶瓷颗粒之间的孔隙，可以实现低温断路行为，聚合物粒子平均分子量不超过4500、优选低于1200的低分子量聚乙烯(lmwpe)，保证了隔膜在正负极片之间的阻隔作用，防止电池内部短路，保障了电池的安全。
附图说明
21.图1为实施例3中热处理前复合涂层sem图。
22.图2为实施例3中热处理后复合涂层sem图。
23.图3为对比例所述陶瓷涂覆隔膜sem图。
具体实施方式
24.为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
25.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明
26.实施例1
27.本发明提出一种芳纶树脂基复合涂层锂电池隔膜及其制备方法，包括以下步骤：
28.s1：采用相转化法制备pmia多孔基膜，孔隙率35％；
29.s2：聚合物粒子和无机陶瓷颗粒重量比4:5；聚合物粒子选用低分子量聚乙烯，粒径300nm，陶瓷选用氧化铝，粒径1μm；
30.s3：将聚合物粒子、无机陶瓷颗粒、分散剂、粘结剂、润湿剂与去离子水混合后，在高速分散机上搅拌2小时，转速为1500转/分钟，制得混合浆料；将混合液利用涂覆机涂布在基膜表面，在65℃下烘干，得到复合涂层隔膜。
31.实施例2
32.本发明提出一种芳纶树脂基复合涂层锂电池隔膜及其制备方法，包括以下步骤：
33.s1：采用相转化法制备pmia多孔基膜，孔隙率45％；
34.s2：聚合物粒子和无机陶瓷颗粒重量比2:5；聚合物粒子选用低分子量聚乙烯，粒
径300nm，陶瓷选用氧化铝，粒径1μm；
35.s3：将聚合物粒子、无机陶瓷颗粒、分散剂、粘结剂、润湿剂与去离子水混合后，在高速分散机上搅拌2小时，转速为1500转/分钟，制得混合浆料；将混合液利用涂覆机涂布在基膜表面，在65℃下烘干，得到复合涂层隔膜。
36.实施例3
37.本发明提出一种芳纶树脂基复合涂层锂电池隔膜及其制备方法，包括以下步骤：
38.s1：采用相转化法制备pmia多孔基膜分子量2000，孔隙率65％；
39.s2：聚合物粒子和无机陶瓷颗粒重量比1:5；聚合物粒子选用低分子量聚乙烯，粒径300nm，陶瓷选用氧化铝，粒径1μm；
40.s3：将聚合物粒子、无机陶瓷颗粒、分散剂、粘结剂、润湿剂与去离子水混合后，在高速分散机上搅拌2小时，转速为1500转/分钟，制得混合浆料；将混合液利用涂覆机涂布在基膜表面，在65℃下烘干，得到复合涂层隔膜。
41.测试隔膜离子电导率、接触角、热收缩、透气性能，对比实施例1、实施例2、实施例3和对比例12pe 2陶瓷涂层隔膜性能，测试160℃/1h条件下隔膜的热收缩性能，在110℃条件下热处理1h，测试热处理前后隔膜的透气性能：
42.测试标准：热收缩测试gb/t 36363-2018，透气测试gb/t 458-2008，离子电导率测试，采用电化学工作站，工作模块，在国标电解液中进行测试。
43.表1热收缩性能
44.热收缩/％实施例1实施例2实施例3对比例td0007.3md0008.2
45.表2透气性能
46.透气度值(s/100cc)实施例1实施例2实施例3对比例热处理前189135107211热处理后99999999999956220275
47.表3离子电导率
[0048][0049][0050]
根据表1对热收缩结果测定可知，实施例隔膜在160℃/1h条件下无收缩，远优于对比例隔膜，实施例耐热性好，离子电导率也较优；热处理后透气值增大表明，实施例隔膜在110℃条件下热处理1h具有很好的断路功能，表明当电池发生热失控，温度达到110℃时，涂覆在隔膜表面的聚合物粒子熔融变形填充无机陶瓷颗粒之间的孔隙，可以实现低温断路行为，保障电池热失控的安全性。
[0051]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然能够对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。