[发明专利]一种高分子无机涂层锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜的加工领域，尤其是涉及一种涂层厚度均匀一致、有利于大规模连续化生产的高分子无机涂层锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

自20世纪90年代锂离子电池商业化以来，由于其具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应和循环寿命长等特点而被广泛用作各种移动设备的电源。随着锂离子电池的大规模的应用，其安全问题也日益凸显。

在锂离子电池的中，隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响着电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高锂离子电池的综合性能具有重要的作用。

目前，锂离子电池使用的隔膜一般为聚烯烃基多孔膜，由于这种聚烯烃基多孔膜熔点低于200℃，因此它们存在如下缺陷：当电池温度因内部或外部因素而升高时，这种隔膜会收缩或熔融，使得隔膜的体积变化。隔膜的收缩或熔融又会引起正极和负极之间的直接接触，导致电池短路，从而引起电池燃烧爆炸等意外事故的发生。因此，为了保证电池的使用安全，必须提供一种不会因电池高温而引起热收缩和热熔融的隔膜。

为了改善聚烯烃隔膜的热稳定性，增强锂离子电池的安全性能，业界的一个解决方案是在聚烯烃薄膜的单面或双面附着由无机颗粒和粘结剂组成的多孔活性层，形成有机/无机复合薄膜。由于无机活性层具有较高的热稳定性，因此整个复合薄膜的热收缩被大大抑制，同时无机活性层还具有更高的机械强度，这也会减少电池中的锂枝晶或金属碎屑、集流体毛刺等刺破隔离膜而造成短路的几率，从而提高了电池的安全性能。但是，由于目前业内现行使用的无机材料主要是氧化铝陶瓷颗粒，氧化铝的硬度高，对机械设备的摩擦损耗大，在生产过程中由于设备磨损聚使烯烃隔膜陶瓷涂层厚度越来越薄，涂层厚度一致均匀性难以控制，不利于大规模连续化生产。

发明内容

为克服传统有机/无机复合薄膜对机械设备的摩擦损耗大、涂层厚度一致均匀性难以控制、不利于大规模连续化生产的缺点，本发明的目的在于提供一种在对机械设备的摩擦损耗小、涂层厚度均匀一致、有利于大规模连续化生产的高分子无机涂层锂离子电池隔膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的，一种高分子无机涂层锂离子电池隔膜，包括聚烯烃多孔膜和覆于聚烯烃多孔膜一侧或两侧的涂覆层，所述涂覆层由按照重量百分比计算的涂层组合物20-60％和水40-80％组成；其中所述涂层组合物包括按照重量份额计算的水溶性高分子增稠剂0.1-5份、水性分散剂0.1-5份、高分子颗粒10-90份、陶瓷颗粒9.7-70份和水性乳胶0.1-10份。

作为一种优选方式，所述涂层组合物包括按照重量份额计算的水溶性高分子增稠剂0.2-3份、水性分散剂0.2-3份、高分子颗粒50-80份、陶瓷颗粒17.6-37份和水性乳胶2-7份。

作为一种优选方式，所述水溶性高分子增稠剂为羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺，海藻酸钠、聚乙烯醇中的一种或几种的组合；所述水性分散剂为聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾中的一种或几种的组合；所述高分子颗粒为聚酰亚胺、聚苯硫醚、芳纶树脂、PET树脂、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮醚酮酮、聚芳醚腈中的一种或几种的组合；所述陶瓷颗粒为二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化镁、硫酸钡中的一种或几种的组合；所述水性乳胶为苯丙乳胶、丁苯乳胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或几种的组合。

作为一种优选方式，所述涂覆层的厚度为2-8μm。

作为一种优选方式，所述聚烯烃多孔膜为聚乙烯多孔薄膜、聚丙烯多孔薄膜或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合多孔薄膜，厚度为5-40μm，孔隙为35-60%。

作为一种优选方式，所述高分子颗粒的粒径为0.2-4um，比表面积为2-15m²/g；所述陶瓷颗粒的粒径为0.2-4um，比表面积为2-15m²/g。

本发明还公开了一种制备上述高分子无机涂层锂离子电池隔膜的方法，其包括以下步骤：

1）、将水溶性高分子增稠剂、水性分散剂和水加入到搅拌罐中搅拌均匀，得到混合物Ⅰ；

2）、将高分子颗粒和陶瓷颗粒加入到混合物Ⅰ中搅拌，并在分散机中分散，得到混合物Ⅱ；

3）、在混合物Ⅱ中加入水性乳胶，搅拌均匀后，用300目筛网过滤，得高分子无机浆料；