[发明专利]电池用陶瓷复合隔膜及其制备方法和电池

说明书

本发明提出了用于电池隔膜的涂料及其制备方法、电池隔膜及锂离子电池。所述用于电池隔膜的涂料包括：粘合剂；以及成膜助剂，其中，基于所述粘合剂的总质量，所述成膜助剂的含量为1～25质量％。将本发明的涂料施加于基膜表面所形成的涂层具有剥离强度高、耐热性和稳定性强、电导率高、透气性好以及安全性高等优点，从而赋予电池隔膜优异性能，适于广泛应用。

技术领域

本发明涉及材料领域。具体地，本发明涉及电池用陶瓷复合隔膜及其制备方法和电池。更具体地，本发明涉及用于电池隔膜的涂料及其制备方法、电池隔膜及锂离子电池。

背景技术

隔膜作为锂离子电池关键元件之一，它的主要作用一是隔离电池的正极和负极，使电池内部的电子不能自由穿过，以防止短路，二是允许电解质中锂离子通过聚烯烃多微孔膜，在正负极间自由通过。目前主要采用水性陶瓷涂布液对聚烯烃多微孔膜进行涂覆改性，利用聚烯烃多微孔膜的高温热闭合及陶瓷涂层的热稳定性得到具有较高安全性、良好吸液保液的聚烯烃陶瓷改性隔膜，之后，聚烯烃陶瓷改性隔膜逐渐成为市场主流复合隔膜。

为了保证陶瓷颗粒在聚烯烃多微孔膜上的粘结性，在水性陶瓷涂布液中往往含有一定比例的粘合剂，粘合剂主要成分为高分子聚合物乳液，传统陶瓷复合隔膜在涂覆干燥过程中，随着水分的挥发，粘合剂乳液颗粒相互靠近、挤压变形，分子链段扩散缠绕而形成连续膜，但是在成膜过程中，较高的玻璃化温度及涂覆浆料中的分散剂、表面活性剂等补加剂会阻碍粘合剂乳液颗粒的粘连成膜，涂覆隔膜虽经干燥箱干燥成膜，但复合膜平面产生的拉伸应力无法完全消除。在涂覆隔膜应用过程中如遇温度升高等情况，聚烯烃多微孔膜收缩，同时粘合剂膜软化变形，释放应力，造成涂覆隔膜收缩，严重的会引起电池正极和负极之间直接接触，电池短路，从而导致热失控，最终引起电池的燃烧、爆炸。

因此，开发高安全性的隔膜已成为行业亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题至少之一。

需要说明的是，本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

为了进一步降低隔膜的热收缩，提高电池的热稳定性和安全性，发明人尝试添加成膜助剂，发现其可以降低粘合剂的最低成膜温度T_g，使涂覆隔膜在干燥过程完整成膜，释放应力，降低隔膜的热收缩，从而提高电池的热稳定性。并且，进一步地，发明人发现，成膜助剂与粘合剂的配比会影响粘合剂的最低成膜温度T_g，从而影响隔膜的性能。进而，发明人经过大量实验获得两者之间的配比。由此，所得到的涂料施加于基膜所形成的涂层具有极佳的粘附性、剥离强度、耐热性、稳定性和电导率等，以赋予电池隔膜优异性能，适于广泛应用。

为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于电池隔膜的涂料。根据本发明的实施例，所述用于电池隔膜的涂料包括：粘合剂；以及成膜助剂，其中，基于所述粘合剂的总质量，所述成膜助剂的含量为1～25质量％。发明人通过在电池隔膜的涂料中添加成膜助剂，并控制成膜助剂与粘合剂的配比，以便降低粘合剂的最低成膜温度T_g，使涂覆隔膜在干燥过程完整成膜，释放应力，降低隔膜的热收缩，提高稳定性。并且，成膜助剂的添加有利于涂料在干燥过程中粘合剂快速流平铺展，缩短变形的时间，增加粘合剂与无机纳米粒子及与基膜的接触面积，从而提高无机纳米粒子颗粒间及与基膜的粘附性。由此，以赋予电池隔膜优异性能，适于广泛应用。

根据本发明的实施例，所述用于电池隔膜的涂料还可以具有下列附加技术特征：

根据本发明的实施例，基于所述粘合剂的总质量，所述成膜助剂的含量为10～20质量％，优选15～20质量％。

根据本发明的实施例，所述成膜助剂选自乙二醇丁醚、二乙二醇单丁醚、二丙二醇单丁醚、2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯和丙二醇苯醚的至少之一。

根据本发明的优选实施例，所述成膜助剂选自2,2,4-三甲基-1,3戊二醇单异丁酸酯。