[发明专利]水性芳纶涂布液及其制备方法、锂离子电池及其隔膜

说明书

本发明公开了一种水性芳纶涂布液，属于锂离子电池技术领域，水性芳纶涂布液包括：100质量份的芳纶纳米纤维水性分散体溶液，0.25～3质量份的胶粘剂，0.2～3质量份的润湿剂，0.1～3质量份的活性剂和0.3～5质量份的造孔剂；芳纶纳米纤维水性分散体溶液的质量固含为0.2％～15％；其中，胶粘剂包括如下至少一种：丙烯酸类、聚氨酯类、聚酰亚胺型类聚合物和羧甲基纤维素。使用上述水性芳纶涂布液涂覆制得的锂离子电池隔膜，具有涂层均匀，成孔均一性良好，且涂层与基膜的粘结性处理良好隔膜具有良好的浸润性和热稳定性的特点，从而确保了锂离子电池优良的电池性能。

技术领域

本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种水性芳纶涂布液、锂离子电池隔膜和锂离子电池。

背景技术

随着新能源汽车技术的发展，锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命等优点引起了人们的广泛关注，然而时有发生的锂离子电池安全事故又令人唏嘘。其中，隔膜作为锂离子电池的重要组成部分之一，虽然不提供能量，但对电池安全性能起着重要作用，隔膜将电池正、负极分隔开来，防止正负极直接接触短路，并且可以提供锂离子传输通道并隔绝电子传输，因此，锂离子电池的安全性问题对隔膜有着更高的要求。

聚烯烃隔膜因其低成本、拉伸性能好，具有丰富的孔道结构等优点被广泛应用在锂离子电池隔膜中，但是单层聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)隔膜耐高温性能差，在120℃以上会发生软化收缩变形，会造成电池短路，并且循环过程中产生的锂枝晶刺破隔膜后也会造成短路，严重时会发生电池起火甚至爆炸等安全事故，因此单层聚烯烃隔膜无法保证锂离子电池的安全服役。

现有的解决方案之一是将聚烯烃膜作为基膜，在其表面涂覆一层耐高温的无机陶瓷涂层，形成复合结构的隔膜，常见的无机颗粒有氧化铝(Al₂O₃)，氧化硅(SiO₂)，氧化锆(ZrO₂)、勃姆石等，这种方法可有效地提升隔膜的耐高温和亲液润湿性能，但是陶瓷颗粒与基材之间结合性能差容易从涂层脱落，而通过粘结剂增加结合力又会造成隔膜孔道堵塞透气性差。另一种方法是在聚烯烃隔膜表面涂布一层耐高温的有机PVDF涂层，由于PVDF是憎水性聚合物，因此PVDF涂覆工艺主要是油性涂覆。但采用油性涂覆工艺需要用到大量的有机溶剂，对环境污染大而且成本很高。

芳纶具有超高的强度和模量，耐高温、耐化学腐蚀性优良等特点，其热分解温度能达到400-450℃，能大大提高隔膜的耐高温性能和安全性能，因此目前出现了一些使用芳纶涂覆锂离子电池隔膜的研究报道，但目前采用芳纶涂布隔膜多直接使用DMAC、DMF、NMP、DMSO、丙酮等有机溶剂和助溶剂溶解芳纶聚合体或芳纶纤维，然后向芳纶溶解液中添加无机颗粒造孔剂，制备出芳纶浆料，然后经凝固浴固化、水洗、烘干得到芳纶涂布的锂离子电池隔膜。该方法的主要问题包括：有机凝固浴污染环境；芳纶浆料形成的涂层与基膜粘合性差，在凝固浴下容易脱落；芳纶隔膜透气性不佳，且成孔均一性控制困难。因此，亟需研发一种新的水性芳纶涂布液，以解决芳纶涂覆浆料形成的涂层与基膜结合力差，并且孔隙率低、成孔均一性控制困难的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种水性芳纶涂布液、锂离子电池隔膜和锂离子电池，以解决或者部分解决芳纶涂覆浆料形成的涂层与基膜结合力差，且成孔均一性控制困难的技术问题的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水性芳纶涂布液，包括：100质量份的芳纶纳米纤维水性分散体溶液，0.25～3质量份的胶粘剂，0.2～3质量份的润湿剂，0.1～3质量份的活性剂和0.3～5质量份的造孔剂；芳纶纳米纤维水性分散体溶液的质量固含为0.2％～15％；

其中，胶粘剂包括如下至少一种：丙烯酸类、聚氨酯类、聚酰亚胺型类聚合物和羧甲基纤维素。

可选的，润湿剂包括如下至少一种：

有机磺酸盐、脂肪醇、脂肪胺、脂肪酸、嵌段共聚物、聚电解质。

可选的，造孔剂包括如下至少一种：