[发明专利]水性聚合物隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池，尤其是涉及一种一致性好、无污染、稳定性高的水性聚合物隔膜及其制备方法。

背景技术

自20世纪90年代锂离子电池商业化以来，由于其具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应和循环寿命长等特点而被广泛用作各种移动设备的电源。随着锂离子电池的大规模的应用，其安全问题也日益凸显。

隔膜在锂离子电池中的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响着电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高锂离子电池的综合性能具有重要的作用。

目前，锂离子电池主要分为液态锂离子电池和凝胶聚合物锂离子电池。液态锂离子电池主要是靠正极、负极及隔膜三个部件吸收电解液的方式储存，电流越大需要的电解液越多，一般液态锂离子电池中会存在无法被吸收的游离电解液，游离态的电解液会在重力影响下分布不均匀从而影响电池反应的循环性及一致性，同时若电池破损易发生电解液泄露而引发安全事故。为了改善液态锂离子电池的性能，研究人员在普通聚烯烃隔膜上涂上一层聚合物材料后与正负极材料组装成凝胶聚合物锂离子电池，由于电解液均匀分布，且不存在游离态的电解液，凝胶聚合物锂离子电池的循环一致性和安全性优于普通液态锂离子电池。但是聚合物涂覆隔膜需要使用有机溶剂，不仅成本高、效率低、工序复杂、污染环境、影响操作人员身体健康，而且在制备过程中由于有机溶剂容易挥发，聚合物涂覆隔膜批次均一性难以稳定。

发明内容

为克服上述缺点，提供一种一致性好、无污染、稳定性高的的水性聚合物隔膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的，一种水性聚合物隔膜，包括聚烯烃基膜，在所述聚烯烃基膜表面覆盖有高分子聚合物涂层；所述高分子聚合物涂层涂覆于所述聚烯烃基膜与电池正极片相接触的一面上、或与电池的负极片相接触的一面上、或与电池的正负极极片相接触的两面上，所述聚烯烃基膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔膜，所述聚烯烃基膜厚度为5-40μm，孔隙率为30-60％，所述高分子聚合物涂层的厚度1-8um。

作为一种优先方式，所述聚烯烃隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔膜，厚度为5-40μm，孔隙率为30-60％。

作为一种优先方式，所述高分子聚合物涂层所用涂覆浆料由以下质量份的原料组成：组合物10-40份和去离子水60-90份；所述组合物包括按照质量份计算的高分子聚合物颗粒75-99.6份，水性胶黏剂0.1-10份，水性分散剂0.1-5份，水性增稠剂0.1-5份，表面活性剂0.1-5份。

作为一种优先方式，所述高分子聚合物颗粒为聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种的组合物，粒径D50为0.1-2um。若中值粒径D50小于0.1um，颗粒分散困难，浆料容易团聚沉降；若中值粒径D50大于2um，则涂层厚度均匀性难以控制。

作为一种优先方式，所述水性胶黏剂为丁苯乳胶、苯丙乳胶、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氨酯中的一种或几种的组合物。

作为一种优先方式，所述水性分散剂为羧酸盐类氟分散剂、磺酸盐类氟分散剂、聚丙烯酸钠(PAA-Na)、聚丙烯酸钾(PAA-K)中的一种或几种的组合物。

作为一种优先方式，所述水溶性高分子增稠剂为羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、聚丙烯酰胺(PAM)、海藻酸钠中的一种或几种的组合物。

作为一种优先方式，所述表面活性剂为氟代烷基甲氧基醚醇、氟代烷基乙氧基醚醇、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚中的一种或几种的组合物。表面活性剂在整个浆料体系中起到调节浆料表面张力的作用，若浆料表面张力过高，则浆料不易在聚烯烃隔膜上铺张，造成涂布困难；若浆料表面张力太低，则浆料在转移过程中容易起泡，干燥过程中泡沫破裂引起漏涂。

本发明还公开了一种制备上述水性聚合物隔膜的方法，包括以下步骤：

(1)、将水溶性高分子增稠剂、水性分散剂和去离子水先加入到预搅拌罐中，溶解完全，得到混合物Ⅰ；

(2)、往上述混合物Ⅰ中加入经过表面处理的高分子聚合物颗粒，搅拌25-50分钟后在线速度为30-60m/s的分散机中进行分散，得到混合物Ⅱ；

(3)、往上述混合物Ⅱ中加入水性胶黏剂、表面活性剂，慢速搅拌均匀后，用400目筛网过滤得水性高分子聚合物浆料；