一种导热导电材料涂覆隔膜及其制备方法
阅读说明：本技术 一种导热导电材料涂覆隔膜及其制备方法 (Heat-conducting and electric-conducting material coated diaphragm and preparation method thereof ) 是由 王素清 黄子宇 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种导热导电材料涂覆隔膜及其制备方法。所述隔膜包括基底膜和涂覆层,所用基底膜为聚烯烃多孔膜,所用的涂覆层包含球形颗粒和粘合剂等多种助剂。制备步骤包括：(1)将导电导热颗粒、分散剂和润湿剂加入到粘合剂溶液中,搅拌混合,得涂覆浆料；(2)将步骤(1)所述的涂覆浆料涂覆于聚烯烃多孔基底膜上,干燥后再真空烘干,得到导热导电材料涂覆隔膜。球形颗粒为导热导电材料,优良的导电性使涂覆层作为集流体的存在,减少电极的阻抗,提高电池的电化学性能,另一方面导热性质可辅助扩散电池在运行过程产生的热量,使界面热量均匀,提高电池稳定性。(The invention discloses a heat-conducting and electric-conducting material coated diaphragm and a preparation method thereof. The diaphragm comprises a base film and a coating layer, wherein the base film is a polyolefin porous film, and the coating layer contains spherical particles, an adhesive and other various auxiliaries. The preparation method comprises the following steps: (1) adding the conductive and heat-conductive particles, the dispersing agent and the wetting agent into the adhesive solution, and stirring and mixing to obtain coating slurry; (2) and (2) coating the coating slurry obtained in the step (1) on a polyolefin porous base membrane, drying, and then drying in vacuum to obtain the heat-conducting and electric-conducting material coating membrane. The spherical particles are made of heat-conducting and electric-conducting materials, the coating layer is made of a current collector due to excellent electric conductivity, the impedance of an electrode is reduced, the electrochemical performance of the battery is improved, and on the other hand, the heat generated by the battery in the operation process can be diffused in an auxiliary mode due to the heat-conducting property, so that the interface heat is uniform, and the stability of the battery is improved.)
技术领域
本发明属于锂离子电池隔膜修饰的技术领域，具体涉及一种导热导电材料涂覆隔膜及其制备方法。
背景技术
近年来，随着世界经济的快速发展和人口的增长，各个国家对于能源的使用问题逐渐重视。因传统化石能源属于不可再生能源，又在使用过程中有巨大的环境污染问题，不少国家将重点放在发展清洁型的储能技术上。锂离子电池有着优异的能量密度、长久的使用寿命、无记忆效应等特点，已成为国际市场上热门的储能器件，被广泛应用于手机、笔记本电脑和新能源汽车等工具上。
隔膜是液态锂离子电池中的重要部件，占电池制造成本的约20％，其作用是隔绝正负极，防止电池短路的同时又有利于锂离子的移动。传统的隔膜采用的原料是聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯等物质，这类材料成本低廉，适合大规模生产。电池在大功率运行过程中又会产生很多的热量，其来源于焦耳热例如电池中导电性较差的部分和电池部件的接触电阻等，还有因电荷转移阻抗等在电极反应过程产生的热量，而以现在的技术，电池的热量主要由电极的集流体传导出，隔膜位于正负极的中间，因本身聚合物导热性差无法将产生的热量扩散出去，造成局部热量堆积。专利CN 110571394 A中，公开了一种一种陶瓷浆料和陶瓷涂覆隔膜，发明人使用无机颗粒(氧化铝、勃姆石、氧化硅、氧化钛、碳酸钙、硫酸钡和氧化镁)对隔膜涂覆修饰，但使用的无机颗粒不具备导热性和导电性，无法发挥扩散热量和改善离子电子传输的作用，对电池性能没有显著提升。此外，通过在隔膜表面构建导电体，可进一步丰富离子与电子传输路径，减少电池阻抗，优化电池的电化学性能。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种导热导电材料涂覆隔膜及其制备方法。本发明通过在聚烯烃类隔膜上涂覆导热导电材料，可在电池大倍率运行下，将产生的热量传导出去，提高电池运行的稳定性，导电层又使涂覆层作为集流体的存在减少电极的阻抗，优化电池的性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种导热导电材料涂覆隔膜的制备方法，包括以下步骤，
(1)将导电导热颗粒、分散剂和润湿剂加入到粘合剂溶液中，搅拌混合，得涂覆浆料；
(2)将步骤(1)所述的涂覆浆料涂覆于聚烯烃多孔基底膜上，干燥后再真空烘干，得到导热导电材料涂覆隔膜。
优选的，步骤(1)所述粘合剂溶液由粘合剂和溶剂混合搅拌后得到；进一步优选的，所述粘合剂为聚乙烯醇、丁苯橡胶、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈中的一种或几种，所述溶剂为水、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、氯仿、二甲基亚砜、二氯甲烷、氮甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或几种。
优选的，步骤(1)所述导热导电颗粒为碳化硅、二硼化镁、碳化钨、碳化钛、氮化硅、氮化钛中的一种或几种；所述导热导电颗粒的粒径为0.02～5微米；进一步优选的，所述导热导电颗粒的粒径为20～40纳米、100～200纳米、300～500纳米、1微米、2～5微米中的一种或几种。
优选的，步骤(1)所述分散剂为聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸钠中的一种或几种。
优选的，步骤(1)所述所述润湿剂为十二烷基磺酸钠、氟代烷基乙氧基醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、羟乙基磺酸钠中的一种或几种。
优选的，步骤(2)所述的涂覆使用刮刀和流延机，将导热导电涂覆浆料均匀流延于聚烯烃多孔基底膜的一侧或者两侧。
优选的，步骤(2)所述干燥的温度为50～70℃，所述真空烘干的温度为50～70℃。
上述的制备方法制备的导热导电材料涂覆隔膜。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的导热导电材料涂覆锂离子电池隔膜发挥涂层导热和丰富离子电子传输路径的功能，既将电池运行中产生的热量从正负极间扩散出去，又可以减少电极的阻抗，改善电池的电化学性能。
附图说明
图1为实施例1中制得的涂覆隔膜结构示意图；
图2为实施例2中制得的涂覆隔膜的表面SEM图；
图3为实施例2中使用导电导热涂覆隔膜组装的锂电池和未涂覆的基底膜的锂电池在1C倍率的电化学性能图(循环)。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，以下结合具体实施例和附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
实施例1
选用的粘合剂为聚乙烯醇，第一溶剂为水，取2克聚乙烯醇加入80克水中，用机械搅拌器搅拌后得到透明的聚乙烯醇溶液。选用的导热导电材料为碳化硅，粒径为300～500纳米，选用的分散剂为羧甲基纤维素钠，润湿剂为十二烷基磺酸钠，将17克碳化钛、0.5克羧甲基纤维素和0.5克十二烷基苯磺酸钠加入到聚乙烯醇溶液中，搅拌后得涂覆液。选用16微米聚乙烯膜为基底膜，使用流延机与刮刀，将涂覆液均匀涂覆于基膜的一侧，放入烘箱干燥，控制温度为50℃，待烘干后，转入真空烘箱干燥，控制温度为60℃，干燥完取出，得到本例具有导热导电涂覆层的锂离子电池用隔膜。使用千分尺测试涂覆层厚度，得到5微米厚的涂覆层。
实施例1制得的涂覆隔膜结构示意图(图1)，从图中可以看出，涂覆后，颗粒紧密粘接在基底表面，分散均匀，以便于发挥其导热导电的功能。
实施例2
选用的粘合剂为聚乙烯醇，第一溶剂为水，取2克聚乙烯醇加入80克水中，用机械搅拌器搅拌后得到透明的聚乙烯醇溶液。选用的导热导电材料为碳化硅，粒径为100～200纳米，选用的分散剂为羧甲基纤维素钠，润湿剂为十二烷基磺酸钠，将17克氮化钛、0.5克羧甲基纤维素和0.5克十二烷基苯磺酸钠加入到聚乙烯醇溶液中，搅拌后得涂覆液。选用16微米聚乙烯膜为基底膜，使用流延机与刮刀，将涂覆液均匀涂覆于基膜的一侧，放入烘箱干燥，控制温度为50℃，待烘干后，转入真空烘箱干燥，控制温度为60℃，干燥完取出，得到本例具有导热导电涂覆层的锂离子电池用隔膜。使用千分尺测试涂覆层厚度，得到5微米厚的涂覆层。
实施例2中制得的涂覆隔膜的表面SEM图(图2)，从图中可以看到涂覆的颗粒均匀分散于表面，无团聚现象，一方面不会阻碍离子传输，一方面又可以更大程度发挥其功能。
实施例2中使用导电导热涂覆隔膜组装的锂电池和未涂覆的基底膜在1C倍率的电化学性能图(循环)(图3)，(正极：磷酸铁锂，负极：锂片，电解液：1M LiPF6+EC/DEC(v/v)电池循环运行100圈后，由于涂覆层的改善作用，装有涂覆膜的电池释放了更高的比容量)。
实施例3
选用的粘合剂为聚乙烯醇，第一溶剂为水，取4克聚乙烯醇加入80克水中，用机械搅拌器搅拌后得到透明的聚乙烯醇溶液。选用的导热导电材料为氮化钛，粒径为100～200纳米，选用的分散剂为羧甲基纤维素钠，润湿剂为十二烷基磺酸钠，将15克氮化钛、0.5克羧甲基纤维素钠和0.5克十二烷基苯磺酸钠加入到聚乙烯醇溶液中，搅拌后得涂覆液。选用25微米聚丙烯膜为基底膜，使用流延机与刮刀，将涂覆液均匀涂覆于基膜的一侧，放入烘箱干燥，控制温度为50℃，待烘干后，转入真空烘箱干燥，控制温度为60℃，干燥完取出，得到本例具有导热导电涂覆层的锂离子电池用隔膜。使用千分尺测试涂覆层厚度，得到3微米厚的涂覆层。
实施例4
选用的粘合剂为聚乙烯醇，第一溶剂为水，取4克聚乙烯醇加入80克水中，用机械搅拌器搅拌后得到透明的聚乙烯醇溶液。选用的导热导电材料为氮化钛，粒径为20～40纳米和100～200纳米，两者配比为3/2，选用的分散剂为羧甲基纤维素钠，润湿剂为十二烷基磺酸钠，将15克氮化钛、0.5克羧甲基纤维素钠和0.5克十二烷基苯磺酸钠加入到聚乙烯醇溶液中，搅拌后得涂覆液。选用15微米聚乙烯膜为基底膜，使用流延机与刮刀，将涂覆液均匀涂覆于基膜的两侧，放入烘箱干燥，控制温度为50℃，待烘干后，转入真空烘箱干燥，控制温度为60℃，干燥完取出，得到本例具有导热导电涂覆层的锂离子电池用隔膜。使用千分尺测试涂覆层厚度，得到5微米厚的涂覆层。
实施例5
选用的粘合剂为聚丙烯酸，第一溶剂为水，取4克聚丙烯酸加入80克水中，用机械搅拌器搅拌后得到透明的聚丙烯酸溶液。选用的导热导电材料为碳化钨，粒径为300～500纳米，选用的分散剂为羧甲基纤维素钠，润湿剂为十二烷基磺酸钠，将15克碳化钨、0.4克羧甲基纤维素和0.6克十二烷基苯磺酸钠加入到聚丙烯酸溶液中，搅拌后得涂覆液。选用12微米聚乙烯膜为基底膜，使用流延机与刮刀，将涂覆液均匀涂覆于基膜的一侧，放入烘箱干燥，控制温度为50℃，待烘干后，转入真空烘箱干燥，控制温度为60℃，干燥完取出，得到本例具有导热导电涂覆层的锂离子电池用隔膜。使用千分尺测试涂覆层厚度，得到3微米厚的涂覆层。
以上所述仅对本发明的技术构思进行实例性的描述，本发明并不受限于上述实施例。凡本领域内的技术人员对本发明的技术方法与工艺做出任何修饰或变动等，均属于本发明的技术范围内。
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