[发明专利]一种锂离子电池用水性陶瓷涂料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池用水性陶瓷涂料及其在正负极和隔膜上的应用。 

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、工作电压高、应用温度范围宽、循环寿命长等优点，而被广泛用作各种移动设备的电源，然而随之也带来了一些锂离子电池应用的安全问题，特别是在锂离子电池在被滥用或者保护电路出问题时，容易发生着火甚至爆炸等安全事故。 

其中，锂离子电池隔膜因为具有隔离正负极、电子绝缘、提供正负极间锂离子穿梭的通道、吸收及保持电解液、保证电池循环寿命的作用，因而是电池组成中不可或缺的一个重要组件。 

在现有生产技术中，由于聚烯烃多孔膜具有电化学惰性、强度高、孔径可调及易薄形化、易产业化等优势，锂离子电池的电芯一般是采用聚烯烃多孔膜作为隔开正负极的隔膜，起到电子绝缘，离子导通的作用。然而聚烯烃多孔膜也具有先天的不足，那就是聚烯烃一般为熔点为130℃聚乙烯或者是熔点为160℃聚丙烯。当锂离子电池被滥用时温度一般都会达到到达90度以上，聚烯烃材料制造的多孔膜在90℃以上就会有较大程度的收缩，温度达到熔点后便会熔化，一旦隔膜有热收缩或者熔解，正负极极片就会发生短路，此时锂离子电池容易着火甚至爆炸，造成严重的安全事故。 

由于传统聚烯烃隔膜存在熔点低、受热收缩较大（受热收缩后造成短路）、电解液浸润性能较差(聚丙烯及聚乙烯材料为低极性聚合物，电解液极性高)等缺点。人们对新型隔膜进行了相应的研发，目前，新型隔膜主要有芳纶隔膜和聚 酰亚胺隔膜，其中芳纶隔膜虽然熔点高、耐热性能好，但是制备困难、工艺复杂。聚酰亚胺隔膜虽然具有熔点高、耐热性能好、孔隙率高、倍率好等优点，但难薄型化、强度低，自放电大。目前这两种改进隔膜还处于初步的研发当中，远远没有达到实际应用的要求。 

为了解决传统聚烯烃隔膜的缺点，业界主要的技术路线是在聚烯烃隔膜基材上涂布一种耐热性能好的涂层，以减少锂离子电池受到滥用时温度升高导致的隔离膜收缩（造成正负极短路）。目前涂层主要有两类，一类是以PVDF做为粘接剂的油性浆料涂层，此种涂料需要用到丙酮等有毒有机溶剂，且此由于油性浆料对聚烯烃隔离膜有一定的渗透作用，容易出现堵塞基材微孔现象，影响电池性能。一类是以水溶性聚合物做为粘接剂的水性浆料涂层，此种水溶性聚合物对于聚烯烃基材的界面粘接力较差，且不能浸润聚丙烯隔膜，另外其为溶度参数大于25(J/cm³)^1/2的聚合物，对电解液的的浸润较差且不能溶胀，导致电池的保液性能较差，影响电池循环，倍率等性能。而本发明的水性陶瓷涂料，则是运用水溶性高分子增稠剂保证浆料的稳定性，水性分散剂及特定的聚合物水性乳胶偕同起到对各种表面起到浸润粘接的作用。水溶性高分子增稠剂除了起到增稠稳定作用外，还起到粘接颗粒的骨架作用（在电解液中的溶胀度小于5%能保证其不被溶胀，内聚力不被破坏）。而特定的聚合物水性乳胶则需要溶度参数（δ）为17-25(J/cm³)^1/2的聚合物（锂离子用碳酸酯电解液的溶度参数介于17-25(J/cm³)^1/2之间），其能被电解液完全浸润并适度溶胀。此水性乳胶与增稠剂偕同形成具有较强粘接性的粘接网络，并能吸收电解液。处理有此涂层的隔膜能改善锂离子电池的安全性能且不影响电池的电化学性能，对于循环寿命还有一定的增强作用。 

另外，本发明的涂料还能涂布在正负极极片上，当隔膜受热收缩时，还能起到电子绝缘的作用（代替隔膜的作用）。 

发明内容

为了解决传统聚烯烃隔膜的缺点，本发明的目的之一在于，提供一种涂料 体系稳定、对基材浸润和粘结性好的锂离子电池用水性陶瓷涂料； 

本发明的目的之二是，提供所述水性陶瓷涂料的制备方法； 

本发明的目的之三是，提供一种涂覆了所述水性陶瓷涂料的锂离子电池正极片； 

本发明的目的之四是，提供一种涂覆了所述水性陶瓷涂料的锂离子电池负极片； 

本发明的目的之五是，提供一种涂覆了所述水性陶瓷涂料的锂离子电池隔膜；该陶瓷层不仅不会堵塞隔膜基材的微孔（隔膜Gurley值变化小），而且能吸收及保持电解液，吸收电解液后仍能保持粘接性能；陶瓷层对电池性能没有负面的影响。 

本发明的目的之六是，提供一种将所述水性陶瓷涂料涂布在所述锂离子电池正极片、锂离子电池负极片和所述锂离子电池隔膜上的方法。