一种具有稳定安全性的陶瓷隔膜及其制备方法与流程

本发明涉及隔膜，尤其涉及一种具有稳定安全性的陶瓷隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池是一种充电式电池，广泛应用于移动设备、电动汽车和储能系统等领域。锂离子电池以锂离子在正负极之间的迁移来实现电荷的存储和释放，具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率和环保等优点，因此成为了最常见和广泛使用的可充电电池类型之一，随着技术的进步，锂离子电池的性能不断提升，被广泛应用于各种领域。

2、锂离子电池的主要组成部分包括正极、负极、电解液和隔膜。其中，隔膜是锂离子电池中的重要组件，隔膜应当具备足够的离子通透能力，使得锂离子能够在正负极之间畅通地传输。随着锂离子电池技术的不断发展，人们对隔膜的性能也提出了更高的要求，尤其是在耐热方面。

3、目前，改善隔膜的耐热性的主要手段是在隔膜的一面或两面涂覆耐热涂层，这其中最常用的涂层则是陶瓷涂层。专利技术文献cn202011334663.9 公开了一种锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法，相较于现有技术而言，所述锂离子电池陶瓷隔膜轻薄以及具备优良的低热收缩率和离子通透性。 cn201510372721.x 公开了一种锂离子电池用陶瓷隔膜及锂离子电池，本发明陶瓷隔膜避免了具有剧毒的丙烯腈单体的引入，使其在制备和使用过程中安全可靠，减少了对环境和使用人的不良影响。同时，本发明有利于制备分布均匀，透气性好，且粘结强度大的陶瓷隔膜。然而，当锂离子电池进行充放电时，正负极之间的化学反应会产生一定的热量，同时电池内部的电阻也会导致能量转化为热能，这些热量会在电池内部积累，并逐渐升高电池的温度，这会对电池的安全性能造成威胁。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种具有稳定安全性的陶瓷隔膜及其制备方法，以解决传统的陶瓷隔膜安全性能欠缺的问题。

2、基于上述目的，本发明提供了一种具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜，包括陶瓷隔膜以及位于陶瓷隔膜表面的聚合物涂层，所述聚合物涂层由聚合物涂层液涂覆于陶瓷隔膜表面后经凝固浴固化后，水洗、干燥得到；所述聚合物涂层液中含有氟化芳纶；

3、所述氟化芳纶的制备方法如下：将芳纶加入密闭容器中，用氮气置换出容器中的空气，然后升温到100-110℃，充入氟氮混合气体，直到容器内压力达到20-25kpa，然后静置30-40min，降温，醇洗，得到氟化芳纶；

4、优选地，所述氟氮混合气体中氟气和氮气的体积比为1:4。

5、优选地，所述聚合物涂层液包括以下重量份数原料：氟化芳纶10-20份、粘结剂0.3-5份、氧化铝0.1-1份、有机溶剂60-95份和去离子水1-6份。

6、优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。

7、优选地，所述有机溶剂为dmac、nmp、dmf、dmso中的一种与1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的混合液，重量比为10:0.5-1.5。

8、优选地，所述氧化铝的粒径d50为0.02-1μm，堆积密度为0.8-1.8g/m2。

9、优选地，所述陶瓷隔膜由陶瓷浆料涂覆于基材的两面后烘干得到；

10、优选地，所述陶瓷浆料由陶瓷颗粒、粘结剂、助剂和去离子水组成。

11、优选地，所述陶瓷颗粒、粘结剂、助剂和去离子水的重量比为20-50:1-5:0.01-0.1:50-80。

12、优选地，所述陶瓷颗粒为氧化铝、勃姆石、氢氧化镁、硫酸钡、磷酸钛铝锂、氮化铝中的一种或几种。

13、优选地，所述基膜为聚丙烯基膜、聚乙烯基膜、聚甲基戊烯基膜、无纺布、聚酰亚胺基膜中的一种。

14、优选地，所述粘结剂为聚丙烯酸酯、聚丙烯酸盐、聚丙烯腈、丁苯橡胶中的一种或几种的混合物。

15、优选地，所述助剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚甲基丙烯酸甲酯、炔二醇乙烯基醚、聚醚改性硅氧烷类中的一种或几种的混合物。

16、优选地，所述聚合物涂层厚度为0.5-4μm，堆积密度为0.8-1.8g/m2。

17、优选地，所述芳纶的熔点＞170℃。

18、优选地，所述凝固浴为dmac、nmp、dmf、dmso中的一种与去离子水的混合液，重量比为1:4。

19、进一步地，本发明还提供了一种具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜的制备方法，具体步骤如下：

20、（1）将有机溶剂和去离子水混合，然后加入氧化铝，搅拌20-30min，得到混合物；

21、（2）将氟化芳纶和粘结剂加入混合物中，搅拌50-60min，然后用250目筛网过滤，得到聚合物涂层液；

22、（3）将聚合物涂层液涂覆于陶瓷隔膜的表面，然后浸入凝固浴中，然后水洗，干燥，得到具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜。

23、本发明的有益效果：

24、（1）本发明采用氟化芳纶作为聚合物涂层液的原料，相对于直接将芳纶作为聚合物涂层液的原料，聚合物涂层液中氟化芳纶与粘接剂聚偏氟乙烯-六氟丙烯以及有机溶剂之间联系的更为紧密，进而使得聚合物涂层在经过相反转之后得到的隔膜更为紧密，最终导致隔膜的粘接性能以及安全性能上都更为优异。

25、（2）本发明将聚偏氟乙烯-六氟丙烯作为聚合物涂层液的粘接剂，能够使得聚合物涂层液中各组分之间的粘接力增强，进而使得聚合物涂层液更为紧密，同时也使得聚合物涂层液中各组分分散的更为均匀，经过相反转之后得到的涂层更为紧密，进而使得隔膜的粘接性能以及安全性能更佳。

26、（3）本发明将1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与dmac混合作为有机溶剂，能够增强聚合物涂层液中粘接剂和氟化芳纶与有机溶剂之间的界面相容性，使得聚合物涂层液更为均匀且紧密，在相反转过程中，能够促进相反转的进程，使得经过相反转之后得到的涂层更为紧实，从而使得隔膜的粘接力更好，安全性能更佳。

技术特征：

1.一种具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜，其特征在于，包括陶瓷隔膜以及位于陶瓷隔膜表面的聚合物涂层，所述聚合物涂层由聚合物涂层液涂覆于陶瓷隔膜表面后经凝固浴固化后，水洗、干燥得到；所述聚合物涂层液中含有氟化芳纶；

2.根据权利要求1所述的具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜，其特征在于，所述聚合物涂层液包括以下重量份数原料：氟化芳纶10-20份、粘结剂0.3-5份、氧化铝0.1-1份、有机溶剂60-95份和去离子水1-6份。

3.根据权利要求2所述的具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜，其特征在于，所述粘结剂为聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜，其特征在于，所述有机溶剂为dmac、nmp、dmf、dmso中的一种与1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的混合液，重量比为10:0.5-1.5。

5.根据权利要求2所述的具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜，其特征在于，所述氧化铝的粒径d50为0.02-1μm。

6.根据权利要求1所述的具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜，其特征在于，所述陶瓷隔膜由陶瓷浆料涂覆于基材的两面后烘干得到；所述陶瓷浆料由陶瓷颗粒、粘结剂、助剂和去离子水组成。

7.根据权利要求1所述的具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜，其特征在于，所述聚合物涂层厚度为0.5-4μm，堆积密度为0.8-1.8g/m2。

8.根据权利要求1所述的具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜，其特征在于，所述芳纶的熔点＞170℃。

9.根据权利要求1所述的具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜，其特征在于，所述凝固浴为dmac、nmp、dmf、dmso中的一种与去离子水的混合液，重量比为1:4。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

技术总结
本发明涉及隔膜技术领域，具体涉及一种具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜及其制备方法。本发明的具有稳定安全性的陶瓷复合隔膜包括陶瓷隔膜以及位于陶瓷隔膜表面的聚合物涂层，所述聚合物涂层由聚合物涂层液涂覆于陶瓷隔膜表面后经凝固浴固化后，水洗、干燥得到；所述聚合物涂层液中含有氟化芳纶。相对于传统的陶瓷隔膜，其破膜温度得到明显提高，可以有效改善隔膜在150℃以上的耐高温性能及隔膜与极片之间的粘接性能，同时提高电池热针穿刺的通过率，从而有效改善电池的安全性能。

技术研发人员：李昆良,赵中雷,怀永建,闫吉朋,郑超凡,李峰
受保护的技术使用者：沧州明珠隔膜科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15