粘弹性功能复合材料、粘弹性涂层、粘弹性隔膜及其制备方法、锂离子电池与流程

本发明属于粘弹性涂层，具体涉及粘弹性功能复合材料、粘弹性涂层、粘弹性隔膜及其制备方法、锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池(lib)由于其出色的能量密度、循环寿命和倍率性能等，在当今的日常生活中起着举足轻重的作用。为lib成功铺平道路的关键部件之一是石墨负极材料，它已成为锂离子电池负极的主体结构，但石墨的理论容量只有372ma/g，已经不能满足高容量、高能量密度锂离子电池发展需求。而硅基(例如硅碳)负极材料的理论容量(3572ma/g)远高于石墨，硅基材料已经成为最有前景的下一代负极材料，但其本征存在体积膨胀大、循环性能差的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供粘弹性功能复合材料、粘弹性涂层、粘弹性隔膜及其制备方法、锂离子电池，本发明提供的粘弹性功能复合材料能够有效改善隔膜z方向的粘弹性，赋予粘弹性隔膜可压缩和回弹特性，以及粘接极片特性，有效缓解硅基负极锂电池在工作中存在的膨胀收缩和界面问题，从而显著改善硅基负极锂电池的电性能(包括循环寿命)。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种粘弹性功能复合材料，包括化学改性包覆的粘弹性材料和水性胶；所述化学改性包覆的粘弹性材料的壳层为具有粘接性能的压敏材料，所述化学改性包覆的粘弹性材料的核心为高分子粘弹性材料；所述水性胶的干重占所述化学改性包覆的粘弹性材料干重的质量百分比为1～10％。

4、优选的，所述高分子粘弹性材料由软段和硬段组成；所述软段的玻璃化转变温度＜-10℃，所述软段包括丙烯酸乙酯段、丙烯酸正丁酯段、丙烯酸异丁酯段、丙烯酸异辛酯段、长链多元醇段、甲基丙烯酸异辛酯段和甲基丙烯酸月桂酯段中的一种或多种；

5、所述硬段的玻璃化转变温度＞25℃，所述硬段包括乙酸乙烯酯段、丙烯酸甲酯段、丙烯酸段、甲基丙烯酸段、甲基丙烯酸甲酯段、苯乙烯段、甲基丙烯酸羟乙酯段、丙烯酰胺段和异氰酸酯段中的一种或多种；

6、所述高分子粘弹性材料中所述硬段的质量百分含量＜20％。

7、优选的，所述具有粘接性能的压敏材料包括聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯基醚、有机硅树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇和环氧树脂的一种或多种；

8、所述具有粘接性能的压敏材料的干重占所述高分子粘弹性材料干重的质量百分比为1～20％。

9、优选的，所述化学改性包覆的粘弹性材料的制备方法包括以下步骤：

10、将粘弹性材料、第一溶剂和具有粘接性能的压敏材料混合，得到混合溶液；

11、将所述混合溶液依次进行喷雾干燥和气流粉碎，得到所述化学改性包覆的粘弹性材料；

12、所述化学改性包覆的粘弹性材料的中值粒径为0.2～10μm。

13、优选的，所述水性胶包括聚丙烯酸-醋酸丁酯共聚物乳液、聚丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物乳液，聚丙烯酸-丙烯腈共聚物溶液和聚丙烯腈-(2-乙基己酯)共聚物乳液中的一种或多种。

14、优选的，还包括第二溶剂和/或助剂；

15、所述第二溶剂包括水、乙醇和异丙醇的一种或多种，所述化学改性包覆的粘弹性材料和所述第二溶剂的质量比为1:3～50；

16、所述助剂包括润湿剂、流平剂、成膜助剂、消泡剂和抑泡剂的一种或多种，所述粘弹性功能复合材料中所述助剂的质量百分含量为0.1～1％。

17、本发明提供了一种粘弹性涂层，由上述技术方案所述的粘弹性功能复合材料形成。

18、本发明提供了一种粘弹性隔膜，包括多孔隔膜基材和设置在所述多孔隔膜基材表面的粘弹性涂层，所述粘弹性涂层由上述技术方案所述的粘弹性功能复合材料形成。

19、本发明提供了上述技术方案所述的粘弹性隔膜的制备方法，包括以下步骤：

20、将所述粘弹性功能复合材料涂覆于所述多孔隔膜基材表面，得到所述粘弹性隔膜。

21、本发明提供了一种锂离子电池，包括上述技术方案所述的粘弹性隔膜或上述技术方案所述的制备方法制备得到的粘弹性隔膜。

22、优选的，负极材料为硅基材料。

23、本发明提供了一种粘弹性功能复合材料，包括化学改性包覆的粘弹性材料和水性胶；所述化学改性包覆的粘弹性材料的壳层为具有粘接性能的压敏材料，所述化学改性包覆的粘弹性材料的核心为高分子粘弹性材料；所述水性胶的干重占所述化学改性包覆的粘弹性材料干重的质量百分比为1～10％。本发明针对硅基材料作为锂离子电池负极材料存在体积膨胀大、循环性能差的技术问题，本发明开发了一种粘弹性功能复合材料，涂覆在隔膜上能够赋予隔膜粘弹性，这样硅基负极锂电池在工作中存在的膨胀收缩问题能够通过隔膜的粘弹性进行改善或解决，从而改善隔膜与极片的界面，改善电池形状尺寸稳定性，释放内部应力，改善电池循环寿命。

24、具体为：本发明通过开发一种粘弹性功能复合材料，在多孔隔膜基材表面形成粘弹性涂层，从而赋予隔膜粘弹性，有效解决了目前隔膜z方向不可压缩，无法缓解硅基负极锂电池在工作中存在的膨胀收缩和界面问题。本发明提供的粘弹性功能复合材料，通过采用化学改性包覆的粘弹性材料和水性胶复配，同时优化组分间的质量配比，得到的粘弹性功能复合材料可以有效地改善隔膜z方向的粘弹性，提高隔膜整体的压缩回弹性和粘结特性，从而得到的粘弹性隔膜在压力条件下能够被极限压缩减薄，压力撤销后可以回弹，同时粘弹性涂层将隔膜与极片粘结在一起成为一个整体，从而改善或解决硅基负极锂电池在工作中存在的膨胀收缩问题，维持电池形状尺寸的稳定性，改善界面，助力高能量密度硅基负极大规模应用在动力和储能电池上。

25、本发明提供了一种粘弹性隔膜，包括多孔隔膜基材和设置在所述多孔隔膜基材表面的粘弹性涂层，所述粘弹性涂层由上述技术方案所述的粘弹性功能复合材料形成。本发明通过粘弹性涂层叠加隔膜的多孔特性，赋予了粘弹性隔膜的涂层可压缩和回弹特性，以及粘接极片特性，这样硅基负极锂电池在工作中存在的膨胀收缩问题可以通过粘弹性隔膜的粘弹性进行改善或解决，从而改善隔膜与极片的界面，改善电池形状尺寸稳定性，释放内部应力，改善电池循环寿命。

技术特征：

1.一种粘弹性功能复合材料，其特征在于，包括化学改性包覆的粘弹性材料和水性胶；所述化学改性包覆的粘弹性材料的壳层为具有粘接性能的压敏材料，所述化学改性包覆的粘弹性材料的核心为高分子粘弹性材料；所述水性胶的干重占所述化学改性包覆的粘弹性材料干重的质量百分比为1～10％。

2.根据权利要求1所述的粘弹性功能复合材料，其特征在于，所述高分子粘弹性材料由软段和硬段组成；所述软段的玻璃化转变温度＜-10℃，所述软段包括丙烯酸乙酯段、丙烯酸正丁酯段、丙烯酸异丁酯段、丙烯酸异辛酯段、长链多元醇段、甲基丙烯酸异辛酯段和甲基丙烯酸月桂酯段中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的粘弹性功能复合材料，其特征在于，所述具有粘接性能的压敏材料包括聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯基醚、有机硅树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇和环氧树脂的一种或多种；

4.根据权利要求1～3任一项所述的粘弹性功能复合材料，其特征在于，所述化学改性包覆的粘弹性材料的制备方法包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的粘弹性功能复合材料，其特征在于，所述水性胶包括聚丙烯酸-醋酸丁酯共聚物乳液、聚丙烯酸-甲基丙烯酸酯共聚物乳液、聚丙烯酸-丙烯腈共聚物溶液和聚丙烯腈-(2-乙基己酯)共聚物乳液中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的粘弹性功能复合材料，其特征在于，还包括第二溶剂和/或助剂；

7.一种粘弹性涂层，其特征在于，由权利要求1～6任一项所述的粘弹性功能复合材料形成。

8.一种粘弹性隔膜，其特征在于，包括多孔隔膜基材和设置在所述多孔隔膜基材表面的粘弹性涂层，所述粘弹性涂层由权利要求1～6任一项所述的粘弹性功能复合材料形成。

9.权利要求8所述的粘弹性隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求8所述的粘弹性隔膜或权利要求9所述的制备方法制备得到的粘弹性隔膜。

技术总结
本发明属于粘弹性涂层技术领域，具体涉及粘弹性功能复合材料、粘弹性涂层、粘弹性隔膜及其制备方法、锂离子电池。本发明提供的粘弹性功能复合材料，包括化学改性包覆的粘弹性材料和水性胶，化学改性包覆的粘弹性材料的壳层为压敏材料，核心为高分子粘弹性材料；水性胶的干重占化学改性包覆的粘弹性材料干重的质量百分比为1～10％。本发明提供的粘弹性功能复合材料可以有效的改善隔膜Z方向的粘弹性，提高隔膜整体的压缩回弹性和粘结特性，同时能将隔膜与极片粘结在一起成为一个整体，从而改善或解决硅基负极锂电池在工作中存在的膨胀收缩问题，维持电池形状尺寸的稳定性，改善界面，助力高能量密度硅基负极大规模应用在动力和储能电池上。

技术研发人员：彭能,卢贤芳,夏正来,彭栋
受保护的技术使用者：东莞市溢兴新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/18