一种高透气、高剥离强度PVDF涂胶隔膜及其制备方法与流程

一种高透气、高剥离强度pvdf涂胶隔膜及其制备方法
技术领域
1.本发明属于新能源材料及其制备技术领域，具体涉及一种高透气、高剥离强度pvdf涂胶隔膜及其制备方法。


背景技术：

2.当前，信息时代加速各类消费电子产品的更新换代，各类电子产品为了迎合消费者，都越来越轻薄化，因此对电子产品的电池也提出了高体积密度、高电压、高倍率、轻薄化的要求，也对电池容量、循环寿命、安全性能等提出了更高要求。
3.电池所用隔膜作为影响电池性能的四大关键材料之一，其位于正极和负极之间，主要作用是隔开正、负极，避免电池内短路，同时提供锂离子通道。为满足市场对高性能电池的需求，也需要能同时满足使用要求的电池隔膜，而涂覆材料的选择直接影响电池隔膜的稳定性和机械强度。
4.聚烯烃隔膜是目前使用最为广泛的锂电池隔膜，但是，市场上现有的聚烯烃隔膜存在对极片粘接性能差和亲电解液性能不足等问题，从而使得电池出现循环性能差、热稳定性能低、极片与隔膜界面不稳定、电池硬度差、不利于加工与运输等一系列问题，这大大限制了电池能量密度的提高以及高性能超薄电池的发展。
5.为了改善聚烯烃隔膜对极片的粘接性和电解液浸润性，目前主要的解决方案是在聚烯烃隔膜上涂覆pvdf(聚偏氟乙烯poly vinylidene fluoride)涂层，由于油性涂覆pvdf的分子链段呈舒展状态，相比较水性涂覆中的蜷缩状态，其更容易做薄，且具有更高的剥离强度，这种涂胶层可以有效改善隔膜的粘接性，同时与电解液有良好的浸润性，可以大大改善电池性能，因而油性涂覆在数码和高端动力电池领域的应用越来越多。
6.但是现有技术中油系pvdf涂胶隔膜缺点主要有两方面：(1)将pvdf浆料涂布于基膜上，进行水洗时，体系发生相分离的速度过快，dmac(n,n-二甲基乙酰胺)快速扩散至水中，导致涂层上的孔径较小，从而导致其透气性变差；(2)体系在基膜上快速发生相分离，自身形成的涂层类似于一张膜，比表面积较小，无法很好地附着在基膜上，故其剥离强度较小。因此，研制出高透气、高剥离强度pvdf涂胶隔膜成为解决这一难题的有效途径之一。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题时针对目前电池隔膜油性pvdf涂布后，隔膜的透气性差，涂层的剥离强度低等问题，提供一种高透气、高剥离强度pvdf涂胶隔膜及其制备方法，该方法得到的pvdf涂胶隔膜，具有较好的透气性，同时与基膜之间的附着力较高，不易脱落。
8.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
9.本发明所述pvdf涂胶隔膜包括基膜和pvdf涂层；其中基膜为聚烯烃隔膜；pvdf涂层包括pvdf粉末5％～10％、质量百分数相对于pvdf粉末0.1％～0.3％的流平剂、3％～7％的聚乙烯吡咯烷酮pvp和90％～95％的n,n-二甲基乙酰胺dmac。
10.作为对本发明的限定，本发明所述的流平剂为聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液。
11.本发明所述的一种高透气、高剥离强度pvdf涂胶隔膜的制备方法具体是按照以下步骤进行的：
12.(1)pvdf浆料的配制：
13.将一定量pvdf粉末加入到一定量n,n-二甲基乙酰胺dmac中，以400～600rpm的转速度搅拌20～40min，再加入一定量聚乙烯吡咯烷酮pvp，继续搅拌30min；然后加入一定量流平剂继续搅拌10～30min，最后过滤除铁得到pvdf浆料备用；
14.(2)pvdf涂胶隔膜的制备：
15.将步骤(1)制得的pvdf浆料采用辊涂方式均匀涂布于基膜聚烯烃隔膜上，经水洗、干燥后收卷备用，即得所述的高透气、高剥离强度pvdf涂胶隔膜。
16.作为对本发明制备方法的限定，本发明所述的聚乙烯吡咯烷酮pvp的质量是pvdf粉末质量的3％～7％；流平剂为聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液，流平剂的质量是pvdf粉末质量的0.1％～0.3％；n,n-二甲基乙酰胺dmac的质量是pvdf粉末质量的90％～95％。
17.采用上述技术方案后，本发明获得的有益效果是：
18.本发明得到的pvdf涂胶隔膜，不易脱粉，孔隙均匀，透气性好，锂离子通过率高，有助于锂电池实现大功率充放电。
19.本发明中所述的pvdf涂胶隔膜在pvdf溶液中加入易溶于水的pvp组分作为成孔剂。
20.(1)pvp的加入在一定程度上提高了溶液的粘度，从而减缓溶剂相和非溶剂相的相互扩散过程。
21.(2)水洗时dmac会先扩散入水中，而与pvdf分子链段发生缠结的pvp则暂时留在pvdf中，较晚一些扩散入水中，从而提高涂层的孔隙率和比表面积，进而提高涂层的透气性和剥离强度。
22.(3)pvp的加入可以抑制由于浓度差较大，涂层表面dmac与水快速置换导致的表皮层的形成，从而得到孔隙均匀的pvdf涂胶层。
23.(4)dmac与基膜的亲和力较高，易将部分pvdf分子链带入到基膜内部，从而使得涂层具有较高的剥离强度。
附图说明
24.图1为实施例1对应涂层微观形貌图(sem)；
25.图2为实施例3对应涂层微观形貌图(sem)；
26.图3为实施例5对应涂层微观形貌图(sem)；
27.图4为对比例1对应涂层微观形貌图(sem)。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但不限于下述实施例内容。
29.实施例1
30.(1)pvdf浆料的配制：
31.将一定量pvdf粉末加入到dmac中，dmac的质量百分数是pvdf粉末的90％，以转速
400～600rpm的速度搅拌20～40min，加入相对于pvdf粉末质量百分数3％的聚乙烯吡咯烷酮pvp，继续搅拌30min；加入相对于pvdf粉末质量百分数0.1％的流平剂聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液继续搅拌10～30min，最后过滤除铁后得到pvdf浆料备用；
32.(2)pvdf涂胶隔膜的制备：
33.将步骤(1)所制得的pvdf浆料采用辊涂方式均匀的涂布于聚烯烃隔膜上，经水洗、干燥后收卷备用，即得所要制备的高透气、高剥离强度pvdf涂胶隔膜。
34.实施例2
35.(1)pvdf浆料的配制：
36.将一定量pvdf粉末加入到dmac中，dmac的质量百分数是pvdf粉末的90％，以转速400～600rpm的速度搅拌20～40min，加入相对于pvdf粉末质量百分数4％的聚乙烯吡咯烷酮pvp，继续搅拌30min；加入相对于pvdf粉末质量百分数0.1％的流平剂聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液继续搅拌10～30min，最后过滤除铁后得到pvdf浆料备用；
37.(2)pvdf涂胶隔膜的制备：
38.将步骤(1)所制得的pvdf浆料采用辊涂方式均匀的涂布于聚烯烃隔膜上，经水洗、干燥后收卷备用，即得所要制备的高透气、高剥离强度pvdf涂胶隔膜。
39.实施例3
40.(1)pvdf浆料的配制：
41.将一定量pvdf粉末加入到dmac中，dmac的质量百分数是pvdf粉末的93％，以转速400～600rpm的速度搅拌20～40min，加入相对于pvdf粉末质量百分数5％的聚乙烯吡咯烷酮pvp，继续搅拌30min；加入相对于pvdf粉末质量百分数0.2％的流平剂聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液继续搅拌10～30min，最后过滤除铁后得到pvdf浆料备用；
42.(2)pvdf涂胶隔膜的制备：
43.将步骤(1)所制得的pvdf浆料采用辊涂的方式均匀的涂布于聚烯烃隔膜上，经水洗、干燥后收卷备用，即得所要制备的高透气、高剥离强度pvdf涂覆隔膜。
44.实施例4
45.(1)pvdf浆料的配制：
46.将一定量pvdf粉末加入到dmac中，dmac的质量百分数是pvdf粉末的93％，以转速400～600rpm的速度搅拌20～40min，加入相对于pvdf粉末质量百分数6％的聚乙烯吡咯烷酮pvp，继续搅拌30min；加入相对于pvdf粉末质量百分数0.3％的流平剂聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液继续搅拌10～30min，最后过滤除铁后得到pvdf浆料备用；
47.(2)pvdf涂胶隔膜的制备：
48.将步骤(1)所制得的pvdf浆料采用辊涂的方式均匀的涂布于聚烯烃隔膜上，经水洗、干燥后收卷备用，即得所要制备的高透气、高剥离强度pvdf涂覆隔膜。
49.实施例5
50.(1)pvdf浆料的配制：
51.将一定量pvdf粉末加入到dmac中，dmac的质量百分数是pvdf粉末的95％，以转速400-600rpm的速度搅拌20～40min，加入相对于pvdf粉末质量百分数7％的聚乙烯吡咯烷酮pvp，继续搅拌30min；加入相对于pvdf粉末质量百分数0.3％的流平剂聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液继续搅拌10～30min，最后过滤除铁后得到pvdf浆料备用；
52.(2)pvdf涂胶隔膜的制备：
53.将步骤(1)所制得的制得的pvdf浆料采用辊涂的方式均匀的涂布于聚烯烃隔膜上，经水洗、干燥后收卷备用，即得所要制备的高透气、高剥离强度pvdf涂覆隔膜。
54.对比例1
55.(1)pvdf浆料的配制：
56.将一定量pvdf粉末加入到dmac中，dmac的质量百分数是pvdf粉末的95％，以转速400～600rpm的速度搅拌20～40min，继续搅拌30min；加入相对于pvdf粉末质量百分数0.3％的流平剂聚酯改性聚二甲基硅氧烷溶液继续搅拌10～30min，最后过滤除铁后得到pvdf浆料备用；
57.(2)pvdf涂胶隔膜的制备：
58.将步骤(1)所制得制得的pvdf浆料采用辊涂的方式均匀的涂布于聚烯烃隔膜上，经水洗、干燥后收卷备用，即得所要制备的高透气、高剥离强度pvdf涂覆隔膜。
59.实施例1～5与对比例1得到的高透气、高剥离强度pvdf涂覆隔膜的各项性能对比见表1：
60.表1实施例与对比例的性能指标
[0061] 涂胶层厚度剥离强度(n/m)透气度(s/100ml)实施例11.0
±
0.2201.5141.6实施例21.0
±
0.2233.7137.3实施例31.0
±
0.2256.3128.1实施例41.0
±
0.2251.2131.2实施例51.0
±
0.2247.2139.4对比例11.0
±
0.259.8150.2
[0062]
由表1可以看出：
[0063]
1.由实施例1～5可知，pvdf浆料中pvp的质量比由3.0％逐步升高到7.0％时，对应pvdf涂胶隔膜的剥离强度先增大后减小，即适当提高pvp的加入量可提高涂层对基膜的剥离强度，但量过多时，涂层中的溶剂向非溶剂中的扩散速度会过小，使得涂层中的pvdf无法较好地舒展，从而导致涂层剥离强度会有所下降。
[0064]
2.由实施例1～5可知，pvdf浆料中pvp的质量比由3.0％逐步升高到7.0％时，对应pvdf涂胶隔膜的透气性数值先降低后增大，即适当提高pvp的加入量可提高涂层的透气性，但量过多时，涂层中的溶剂向非溶剂中的扩散速度会过小，涂层的成孔性较差，从而导致透气性会有所下降。
[0065]
3.由实施例1～5和对比例1可知，加入pvp对应的pvdf涂胶隔膜的剥离强度均高于不加pvp对应的pvdf涂胶隔膜。即pvp的引入可有效提高涂层对基膜的剥离强度。
[0066]
4.由实施例1～5和对比例1可知，加入pvp对应的pvdf涂胶隔膜的透气性均好于不加pvp对应的pvdf涂胶隔膜。即pvp的引入可有效提高涂层的孔隙率，从而提高其透气性。
[0067]
综上所述，相对于现有技术中油系pvdf涂胶隔膜，本发明制备的高透气、高剥离强度的pvdf涂胶隔膜具有较高的剥离强度和较好的透气性。同时可以保证较薄的厚度，在消费电子用电池领域中具有良好的应用前景。
[0068]
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其性能，以及部分运用的实施例，对于
本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。