[发明专利]一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料及其制备方法和应用，其通过将高纯水、全氟烷基类分散剂、叔丁基过氧化氢和丙酮混合均匀后，持续通入偏氟乙烯和六氟丙烯气体，得到水性PVDF乳液；将陶瓷材料和第一分散剂分散于去离子水中，再加入增稠剂和粘接剂、水性PVDF乳液和润湿剂，混合均匀后得到浆料。将本发明所制备的水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料涂覆在聚乙烯隔膜，得到湿膜；干燥得到水性陶瓷/PVDF混合涂覆隔膜。本发明旨在显著提高陶瓷/PVDF共混浆料的分散均匀性，提高陶瓷/PVDF混合涂覆隔膜涂层的均匀性，结合陶瓷材料和PVDF材料的特性，显著提升锂离子电池隔膜的综合性能。

技术领域

本发明涉及电池隔膜材料技术领域，具体来说，涉及一种水性陶瓷/PVDF混合涂覆浆料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池隔膜主要分为单层微孔膜，复合膜，共混膜和无纺布膜。涂覆隔膜属于复合膜中的一种。目前市场上三元电池与湿法涂覆隔膜配套使用，随着三元电池市场占比持续提升，湿法涂覆隔膜需求也会持续增长。涂覆隔膜主要分为无机陶瓷涂覆和聚合物涂覆，涂覆层结构和性质根据原材料和工艺的不同会产生很大的变化，进而影响电池的性能。电池性能包括化学性质，如抗氧化性、粘接性、电解液润湿性等，是由涂覆材料自身的性质决定的；涂层结构，如微孔形貌、孔隙率、一致性等，是由涂覆工艺过程决定的；热稳定性、水分、电解液保持率等，这些性质既与原材料性质有关，又与涂覆工艺过程有关。根据不同电池的要求，可通过改变原材料和工艺过程灵活设计不同性能的产品。

陶瓷颗粒涂覆隔膜以PE或PP膜为基体，表面涂覆一层Al₂O₃、SiO₂、Mg(OH)₂或其他耐热性优良的无机物陶瓷颗粒。陶瓷涂覆的主要工艺为：将去离子水、陶瓷材料、分散剂、粘接剂、浆料调节剂(增稠剂、表面活性剂等)搅拌均匀，得到涂覆用的浆料。在涂布机上涂布、烘干后得到涂覆隔膜。涂布方式、车间环境温湿度和烘箱温度等因素对产品性能有一定影响。陶瓷涂覆隔膜的优点如下：1、提高隔膜热稳定性，陶瓷涂覆隔膜在高温下的收缩较小，可避免膜收缩造成内部短路，使电池安全性能显著提升；2、其次是提高隔膜对电解液的润湿性，有利于电池内阻降低、放电功率提升；3、再有是可阻止或降低隔膜氧化，有利于配合高电压正极的使用及延长电池的循环寿命。

PVDF即聚偏氟乙烯，是一种白色粉末状半结晶性聚合物，熔点170℃，热分解温度316℃以上，具有优良的耐化学腐蚀性、耐氧化性、柔韧性以及很高的抗涨强度和耐冲击性强度。PVDF涂覆隔膜具有低内阻、力学性能好、化学与电化学稳定性好等特点。PVDF在电解液中发生溶胀后能够提供一定的导离子性。PVDF由于自身的连接性，可以把正负极材料连接在一起，极大缩短了锂离子在正负极材料之间的传输距离，正是这种粘接性能，拆解电池后，就像一块砖一样，极大的提升了我们电池组装过程中的装配效率。如果说没有这种连接层，在电池组装过程中发生一定的隔膜错位后需要后续再调整，但PVDF涂覆的隔膜则减少了这方面的工作。由于它缩短了正负极离子的传输距离，使电池具有一系列优良的性能，如循环性能，同时，由于与正负极紧紧贴合，也赋予了电池一定的安全性。目前，越来越多的电芯厂家在其电池设计过程中选择PVDF涂覆膜，特别是高端储能电池、汽车动力电池。

混涂是近年来发展的新涂覆工艺，该工艺主要是将PVDF和陶瓷材料配制成均匀的浆料后再进行涂覆。采用混涂工艺能够结合陶瓷涂覆和PVDF涂覆的优点，能够显著提高隔膜的综合性能。然而，PVDF属于憎水高分子材料，陶瓷为亲水性材料，两者很难在同一个体系中分散。常规技术即使能够将涂覆材料分散，也很难将其分散均匀，导致混涂隔膜的涂层颗粒分散不均匀，不均匀的涂层会导致电池在充放电过程中产生不均匀的局部电流密度，使电极材料的结构在循环过程中更容易破坏，从而大大缩短了锂离子电池的循环寿命。

发明内容