[发明专利]有机改性凹凸棒石共混陶瓷颗粒涂层商业聚烯烃类隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了有机改性凹凸棒石共混陶瓷颗粒涂层商业聚烯烃类隔膜的制备方法，其步骤如下：将有机改性凹凸棒石和陶瓷粉末与粘结剂PVDF溶解在有机溶剂中成浆料；将浆料涂覆在聚烯烃类隔膜基材上，得涂覆湿膜；空气中静置，将湿膜中易挥发溶剂去除；湿膜浸入水中除去致孔性溶剂，并完成由液态浆料到固态膜体的相转换，烘干后得涂覆隔膜。本发明工艺简单，对设备要求低，过程易于控制，成本比较低廉，涂覆隔膜相较于聚烯烃基膜具有更强的吸液能力、高的离子电导率和更优异的热收缩性能，以此隔膜制备的锂离子电池具有更宽的电化学窗口和更稳定的循环性能，涂覆层厚度可控制在1～3μm，降低涂覆膜在锂离子电池中所占体积，易于实现大规模的商业化应用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池设计领域，具体公开了一种有机改性凹凸棒石共混陶瓷颗粒涂层商业聚烯烃类隔膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种容量大、转换效率高的二次电池，除了具有较高的功率密度和能量密度外，其本身还具有一系列显著优点，如环境友好，开路电压高，工作寿命长，自放电弱，安全稳定等，目前已广泛应用在各类便携式3C电子产品（如充电宝、笔记本电脑、手机）、动力电池（如电动汽车、航空航天）以及储能电站（如充电桩）领域。

在锂离子电池的组成部分中，隔膜占据至关重要的位置。隔膜位于正负极材料之间，起到隔绝电子的作用，防止电池短路。同时，隔膜能够允许锂离子进行自由的迁移，实现在正负极的“嵌入”、“脱嵌”反应。可以说，隔膜对于锂离子电池的性能和安全有着直接的影响。

目前，商业化应用的隔膜类型主要为聚烯烃类隔膜，包括聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜以及二者的复合膜等，具有良好的绝缘性，较高的机械强度，耐有机溶剂腐蚀以及高温热闭孔等优良性能。然而，由于此类隔膜表面极性小，与极性有机电解液的亲和力较差，导致隔膜的吸液性能较差。此外，有限的热稳定性导致电池在不规范的使用过程中产生热失控，造成安全隐患，限制了其在电动汽车等大动力电池的应用。

基于此，对聚烯烃类隔膜进行改性研究以改善其吸液性能和热稳定性受到了广泛的关注，而通过在隔膜表面涂覆陶瓷颗粒是一种主要的改性方式。例如专利CN102916149B采用陶瓷颗粒涂覆聚烯烃类隔膜得到了一种锂电池微孔隔膜；专利CN103682216A将陶瓷颗粒和聚多巴胺混合涂覆聚烯烃类隔膜；专利CN104362275A将有机高分子层包裹的陶瓷颗粒作为涂覆材料制备锂离子电池涂覆隔膜。陶瓷颗粒具有优异的耐热能力，能极大改善隔膜的安全性能。但其制备方法复杂，对设备的要求较高，直接导致生产成本偏高。此外，陶瓷颗粒由于表面能较大，与低表面能的聚烯烃隔膜相容性较差，容易脱落，极大地影响了电池的循环稳定性。因此，开发出一种制备方法简单、性能优异的涂层浆料，以降低涂覆隔膜的成本，同时使涂覆隔膜具有良好的吸液性能、热稳定性、热收缩性能且与电解液兼容性好，容易实现工业化生产是锂离子电池行业一大目标和难点。

凹凸棒石是一种具有优良机械性能，热稳定性能的天然矿物材料，由无数纳米棒晶组成，具有较大的比表面积。凹凸棒石表面含有大量的羟基极性基团，对极性电解液的亲和力较强，赋予了凹凸棒石优异的吸液能力。不仅如此，凹凸棒石作为一种黏土矿物，在溶剂中具有良好的粘结性和悬浮性。基于此，我们设计了一种含有凹凸棒石共混陶瓷颗粒涂层的锂离子电池涂覆隔膜。具有高黏性的凹凸棒石的添加能够显著改善陶瓷颗粒与基膜的粘结力，抑制陶瓷颗粒的脱落。此外，凹凸棒石价格低廉、分布广泛，能大大降低涂覆隔膜的生产成本，具有较高的工业生产价值。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种有机改性凹凸棒石共混陶瓷颗粒涂层商业聚烯烃类隔膜的制备方法，有机改性凹凸棒石和陶瓷粉末的共混物与粘结剂PVDF混合制备锂电池涂覆隔膜，解决目前陶瓷颗粒涂覆隔膜存在的制备工艺复杂、成本昂贵、与隔膜相容性差、易脱落的问题，提高锂离子电池聚烯烃隔膜的吸液性、热稳定性和电化学性能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种有机改性凹凸棒石共混陶瓷颗粒涂层商业聚烯烃类隔膜的制备方法，它包括如下步骤：