[发明专利]一种锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法，在基膜的单侧或双侧涂覆有耐热陶瓷浆料，耐热陶瓷浆料由耐热陶瓷基料和去离子水组成；其中，耐热陶瓷基料由纳米陶瓷粉、润湿剂、分散剂、催化剂、耐热胶水和去离子水组成。无机的纳米陶瓷粉表面与大分子的分散剂接枝，结合耐热胶水，能提高无机与有机材料之间的结合力，提高耐热陶瓷浆料的内聚力，从而提高涂层的表面附着力。锂离子电池陶瓷隔膜的强度高，刚性强，则耐热好，为隔膜和电池应用提供可靠的安全性能。

技术领域

本发明涉及电池隔膜技术领域，具体涉及一种锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法。

背景技术

目前市售锂电池隔膜用的水性陶瓷浆料、普遍存在如下问题：一是浆料容易分层，陶瓷颗粒沉降，胶水和助剂上浮，浆料不均匀导致在隔膜表面涂覆不均匀；二是浆料涂覆在隔膜表面，干燥后涂层附着力不良，包括界面附着力和内聚力均不良，表现为涂层表面摩擦掉粉和涂层从薄膜基材界面剥离脱落；三是使用水性陶瓷浆料制成的陶瓷涂层隔膜耐热不足，无法满足150℃以上的耐热测试，使用该种陶瓷隔膜制作成电芯，电芯的安全测试，包括热冲击、针刺和内短路均难以通过，安全性能不佳。

现有的水性陶瓷浆料，大多是通过添加水性助剂，比如分散剂，消泡剂、增稠剂和润湿剂等，将陶瓷粉末通过强力机械搅拌或超声工艺分散在水中，制成分散液后加入胶水，制成混合浆料，但这样的产品往往存在如下问题：一是助剂的种类多，添加量比较大，这些助剂在电池电解液中存在溶解迁移的问题，导致电池循环寿命短；二是由于纳米陶瓷粉比表面积大，表面一般含有羟基等官能团，大的比表面积和极性官能团导致粉体容易团聚，不易分散，极大的影响了纳米材料的性能发挥。利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性，有目的地改变粉体表面的物理化学性质，如表面能、表面极性等，便是解决氧化铝粉体分散性差的重要方法。普通纳米陶瓷粉(氧化铝)的表面改性剂以传统的硅烷偶联剂为主，但硅烷偶联剂极易水解，反应程度和效果不好控制，容易出现交联聚团效果，而且偶联剂水解后产生的羟基活性比氧化铝表面的高，更倾向于自交联，实际效果大打折扣；同时硅烷偶联剂水解交联后产生二氧化硅，会引入无机杂质，问题比较多。使用普通的小分子分散剂(Mw＜10000)对纳米陶瓷粉进行分散处理也是常用的方法，该方法中分散剂与氧化铝表面羟基形成氢键、弱范德华力、疏水作用力等次级键，属于分子间弱的相互作用力，分散效果不稳定，悬浮分散性能一般，存在产品保质期短，浆料在运输中存在沉降问题。三是由于胶水的用量少，与陶瓷粉的作用力不强，无法形成化学键，而且通常使用的水性聚丙烯酸类的胶水，玻璃化温度低，软化点低，耐热不佳，故使用该种组合制备的浆料，涂覆制备的陶瓷隔膜存在涂层附着力不良，水分含量高，隔膜耐热不足，无法满足150℃以上的耐热测试。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种需要锂离子电池陶瓷隔膜及其制备方法，隔膜上面涂覆有具有稳定性佳、分散均匀一致的耐热陶瓷浆料，能提高隔膜后界面附着力和内聚力，隔膜满足150℃以上的耐热要求，制成电池后，电芯的安全测试，可完全通过如热冲击、针刺和内短路等测试，具备优异的安全性能。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种锂离子电池陶瓷隔膜，基膜的单侧或双侧涂覆有耐热陶瓷浆料，耐热陶瓷浆料由下述重量百分比的原料组成：5-50wt％的耐热陶瓷基料，其余为去离子水；其中，耐热陶瓷基料由以下重量百分比的原料组成：80-98wt％纳米陶瓷粉、0.1～5wt％润湿剂、分散剂、催化剂和耐热胶水，耐热陶瓷基料中原料总重量百分比加和为100wt％；分散剂占纳米陶瓷粉的0.3～10wt％，耐热胶水占纳米陶瓷粉的1～10wt％；催化剂用于调节pH为1～6；分散剂的重均分子量为M_w＞10000，优选地，分散剂的重均分子量为5万＜M_w＜20万；耐热胶水为水溶性高分子胶水。