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一种无纺布涂覆隔膜的制备方法及其应用


技术摘要:
本发明公开了一种无纺布涂覆隔膜的制备方法。该方法首先用水系陶瓷浆料对无纺布进行浸涂,陶瓷浆料渗入无纺布孔洞之内进行堵孔,然后将油系的芳纶浆料进行表面涂覆,形成一层具有高机械强度的保护膜。利用该方法制备的无纺布隔膜大大提高了无纺布隔膜的拉伸强度以及针  全部
背景技术:
无纺布,如PET无纺布、芳纶无纺布、玻璃纤维无纺布等都具备较高的耐热性能,是 锂电隔膜的一种发展方向。但是由于无纺布的制备工艺注定其具有很多较大的孔洞,空洞 部位的针刺强度很低,容易被穿透。 芳纶以其高强度、高模量、耐化学腐蚀的特性,被广泛应用于航空航天、电器和特 种品开发等领域,其分解的最高温度可达590℃,能大大提高电池的耐热性和安全性能。现 有技术中,制备芳纶涂覆的锂电池隔膜时,使用的芳纶为对位芳纶或间位芳纶,并且对位芳 纶由于其强度和模量更高,使用更加广泛。 中国发明专利(公开号:CN109546057A)公开了一种玻璃纤维无纺布芳纶涂层隔膜 的制备方法,该专利通过油系涂覆的方式将油系芳纶浆料涂覆在玻璃纤维无纺布上,再经 过萃取工艺制备得到芳纶涂层隔膜。芳纶涂层在玻璃纤维无纺布表面构建一层覆盖式网 络,提高机械强度。 但是,如果直接用芳纶来堵孔的话,虽然芳纶涂层具备一定的“堵孔”效果,由于无 纺布的孔洞较大,“堵孔”效果不好,会出现漏孔短路较高。
技术实现要素:
本发明的目的是针对现有技术中无纺布隔膜针刺强度低的缺陷,而提供一种无纺 布涂覆隔膜的制备方法。该方法首先用水系陶瓷浆料对无纺布进行浸涂,陶瓷浆料渗入无 纺布孔洞之内进行堵孔,然后将油系的芳纶浆料进行表面涂覆,形成一层具有高机械强度 的保护膜。利用该方法制备的无纺布隔膜大大提高了无纺布隔膜的拉伸强度以及针刺等机 械性能。 本发明的另一个目的是,提供一种应用上述方法制备的无纺布涂覆隔膜,该无纺 布隔膜有较好的拉伸强度以及针刺强度。同时无纺布、陶瓷涂层乃至芳纶涂层都属于耐高 温涂层,因此该隔膜的耐热性也是极强的。 本发明的另一个目的是,提供一种应用上述无纺布涂覆隔膜的锂电池,该锂电池 短路率较低,有较好的使用寿命。 为实现本发明的目的所采用的技术方案是: 一种无纺布涂覆隔膜的制备方法,包括以下步骤: S1:将无纺布基膜浸泡在水系无机颗粒浆料中,取出干燥得到半成品; S2:将油系芳纶浆料全覆盖的涂覆在S1中所得的半成品的一面或两面,经过萃取 工艺,干燥得到无纺布涂覆隔膜。 在上述技术方案中,所述无纺布基膜为玻璃纤维无纺布或PET无纺布或静电纺丝 3 CN 111584797 A 说 明 书 2/6 页 膜。 在上述技术方案中,S1中所述水系无机颗粒浆料的制备方法为:室温条件下,向去 离子水中加入无机颗粒和分散剂,搅拌分散2小时后加入增稠剂和粘结剂,搅拌均匀得到水 系无机颗粒浆料; S2中所述油系芳纶浆料的制备方法为:室温条件下,将芳纶有机物和油性溶剂加 热搅拌,混合均匀得到油系芳纶浆料。 S2中所述萃取工艺为:3-10个萃取槽,萃取溶剂为去离子水、乙醇、丙酮、丁醇、 NMP、DMAc、DMF中的至少一种,萃取速度为10-50m/min。 在上述技术方案中,所述无机颗粒包括氧化铝、勃姆石、氢氧化镁、二氧化硅或硫 酸钡中的一种或任意比例的组合。 在上述技术方案中,所述分散剂为十六烷基苯磺酸钠、烷基酚聚乙烯醚、聚氧乙烯 烷基酚基醚、聚丙烯酸钠中的一种或任意比例的组合;所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、羧乙 基纤维素钠、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚甲基吡咯烷酮中的一种或任意比例的组合;所述粘结 剂为丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯和α-氰代丙烯酸酯中的一种或任意比例的组合,所述油性 溶剂为DMAC、DMF或NMP中的一种或任意比例的组合,所述芳纶有机物为间位芳纶和/或对位 芳纶。 在上述技术方案中,所述水系无机颗粒浆料中去离子水、无机颗粒、分散剂、增稠 剂和粘结剂的质量比例为(5.0-6.0):(2.0-4.0):(0.2-0.5):(0.1-0.2):(0.3-0.5); 所述芳纶有机物与所述油性溶剂的质量比为(1-10):(90-99),优选(3-5):(95- 97)。 本发明的另一方面,一种应用上述的制备方法制备的无纺布涂覆隔膜。 在上述技术方案中,所述无纺布涂覆隔膜在150℃烘烤3小时,所得复合涂层隔膜 的横向热收缩率为0.01-1.00%,纵向热收缩率为0.01-1.00%;针刺强度为2.0-5.0N;击穿 电压为1000-1500V。 本发明的另一方面,上述无纺布涂覆隔膜作为电池隔膜在锂离子电池中的应用。 本发明的另一方面,一种锂离子电池,包括正极、负极、电解液和上述无纺布涂覆 隔膜。 在上述技术方案中,装配有上述无纺布涂覆隔膜的锂离子电池的性能验证:用三 元材料作为正极,石墨为负极,EC/DMC/EMC=1:1:1,且浓度为1mol/L的标准电解液为电解 液组装成半电池,在0.5C的倍率下循环100圈后,比容量为152.8-156.4mAh/g,容量保持率 为92.3-95.8%,平均库伦效率为97.2-99.3%。 本发明的另一方面,油系芳纶浆料在制备无纺布涂覆隔膜中的应用,所述油系芳 纶浆料可进入无纺布表面的无机颗粒涂层或纤维涂层的微观孔洞内,起到堵孔作用。所述 油系芳纶浆料的制备方法为:室温条件下,将芳纶有机物和油性溶剂加热搅拌,混合均匀得 到油系芳纶浆料。所述油性溶剂为DMAC、DMF或NMP中的一种或任意比例的组合,所述芳纶有 机物为间位芳纶和/或对位芳纶。 与现有技术相比,本发明的有益效果是: 1.该方法首先用水系陶瓷浆料对无纺布进行浸涂,陶瓷浆料渗入无纺布孔洞之内 进行堵孔,然后将油系的芳纶浆料进行表面涂覆,形成一层具有高机械强度的保护膜。利用 4 CN 111584797 A 说 明 书 3/6 页 该方法制备的无纺布隔膜大大提高了无纺布隔膜的拉伸强度以及针刺等机械性能。 2.该无纺布隔膜有较好的拉伸强度以及针刺强度。同时无纺布、陶瓷涂层乃至芳 纶涂层都属于耐高温涂层,因此该隔膜的耐热性也是极强的。 3.该锂电池短路率较低,有较好的使用寿命。 附图说明 图1所示为实施例2中PET无纺布的图片; 图2所示为实施例2中PET无纺布的SEM图片; 图3所示为实施例2中无机颗粒浆料浸涂后的半成品的SEM图片; 图4所示为实施例2中制备的无纺布涂覆隔膜的SEM图片;
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