预防热失控起火的隔膜涂料、防火涂层隔膜及其制备方法与流程

本发明属于电池，尤其涉及一种预防热失控起火的隔膜涂料、防火涂层隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、在锂离子电池中隔膜起到分离正负极极片与运输锂离子的作用。现有的隔膜使用均为pe、pp、pet材质。但受材料价格的影响，一般选取与裸电芯保护膜相同的pp材质，作为隔膜的最终材料。但通过相关电芯安全性测试时发现，安全测试中的电池会产生很高的温度。pp材质受到高温时会产生收缩现象，导致正负极短接，进一步造成电池产热与失效，从而使电池产气量增加以及引起电池起火。正常使用的电池一旦失效，隔膜造成的收缩会进一步加剧电池的失效。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是针对上述问题，提供一种预防热失控起火的隔膜涂料。

2、本发明的第二目的是针对上述问题，提供一种防火涂层隔膜。

3、本发明的第三目的是针对上述问题，提供一种防火涂层隔膜的制备方法。

4、本发明创造性地提出了一种预防热失控起火的隔膜涂料，涂料设于隔膜表面，所述涂料包括含有磷元素的防火粒子。

5、通过在隔膜上增加含有磷元素的防火粒子，起到抑制电池起火的作用，提高了电池的安全。

6、在上述的一种预防热失控起火的隔膜涂料中，所述含有磷元素的防火粒子包括石蜡包裹磷酸酯粒子。

7、通过石蜡使含有磷元素的化合物能够形成的防火颗粒，石蜡在电芯失效时受热融化，防止电池中正、负极短使电池进一步失效，均匀分布在隔膜表面，并且能与粘结剂粘接。

8、在上述的一种预防热失控起火的隔膜涂料中，所述石蜡包裹磷酸酯粒子由石蜡和磷酸酯以3～5:6～10质量比组合而成。

9、在上述的一种预防热失控起火的隔膜涂料中，所述石蜡包裹磷酸酯粒子以粒径比为1:2～4的石蜡和磷酸酯为原料，其中磷酸酯的粒径为100～300nm，石蜡的粒径为200～400nm。

10、在该粒径比下，石蜡能够均匀包裹磷酸酯形成稳定均匀的防火粒子。

11、在上述的一种预防热失控起火的隔膜涂料中，所述涂料还包括十六烷三甲基溴化铵、正戊醇、乙醇、正硅酸四乙酯、氨水、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮。

12、采用聚偏氟乙烯作为粘结剂，使防火颗粒均匀分布并粘结在隔膜上。

13、在上述的一种预防热失控起火的隔膜涂料中，按重量百分比计，所述涂料的原料组成包括：石蜡3％～5％、十六烷三甲基溴化铵2％～4％、磷酸酯6％～10％、正戊醇15％～25％、乙醇70％～80％、正硅酸四乙酯4％～7％、氨水22％～30％、聚偏氟乙烯3％～5％、n-甲基吡咯烷酮10％～20％。

14、一种防火涂层隔膜，所述隔膜的至少一面涂覆预防锂电池热失控起火的隔膜涂料。

15、在其中一种实施例中，在隔膜的一面涂覆隔膜涂料。

16、在其中另一种实施例中，在隔膜的两面涂覆隔膜涂料。

17、具体而言，隔膜采用pe、pp、pet材质，作为优选，隔膜采用pp材质。

18、一种防火涂层隔膜的制备方法，包括以下步骤：

19、将石蜡包裹磷酸酯粒子制成乳状液；

20、向所述乳状液中依次加入正硅酸乙酯和氨水，得到白色悬浊液，过滤所述悬浊液，取过滤出的白色沉淀烘干得到微粒；

21、将所述微粒与溶剂混合，并加入粘结剂搅拌调粘得到粘度为5000～7000mpa的隔膜涂料；

22、将所述隔膜涂料涂覆在隔膜上干燥后得到防火涂层隔膜。

23、本发明中磷酸酯与石蜡复合形成防火粒子，再将防火粒子制成乳液，再调粘得到隔膜。

24、在上述的一种防火涂层隔膜的制备方法中，所述石蜡包裹磷酸酯粒子的制备方法为，将磷酸酯与石蜡混合进行搅拌，搅拌温度为25～35℃，搅拌速率为30～3000r/min，搅拌时间为20分钟以上。

25、在上述的一种防火涂层隔膜的制备方法中，所述石蜡包裹磷酸酯粒子先与正戊醇混合搅拌，搅拌温度为35～45℃，搅拌速率为100～500r/min，搅拌时间为10分钟以上；

26、再加入乙醇进行搅拌，搅拌温度为60℃以上，搅拌速率为1000～5000r/min，搅拌时间为130分钟以上得到所述乳液。

27、具体而言，一种防火涂层隔膜的制备方法，包括以下步骤：

28、(1)将磷酸酯与石蜡加入第一搅拌罐混合进行搅拌，搅拌温度为25～35℃，搅拌速率为30～3000r/min，搅拌时间为20分钟以上，使其均匀分散。

29、(2)将正戊醇放入步骤(1)的第一搅拌罐内进行搅拌，搅拌温度35～45℃，搅拌速率100～500r/min，搅拌时间为10-20分钟。

30、(3)将乙醇放入步骤(2)的第一搅拌罐内进行搅拌，搅拌温度60℃以上，搅拌速率1000～5000r/min，搅拌时间为130分钟以上，待搅拌罐中物料变为乳液停止搅拌。

31、(4)将正硅酸乙酯滴入步骤(3)的第一搅拌罐中，搅拌温度50～60℃，搅拌30～40分钟。

32、(5)将氨含量20～30wt％的氨水加入步骤(4)的第一搅拌罐中，温度25～35℃，得到白色悬浊液。

33、(6)通过真空过滤将步骤(5)中得到的白色悬浊液过滤，得到白色沉淀，使用乙醇清洗，去除杂质得到微粒。

34、(7)将得到的微粒烘干，烘干温度为60～100℃，烘干时间48h以上。

35、(8)将烘干后的微粒放入第二搅拌罐中加入溶剂，室温搅拌，搅拌速率为200～500r/min。

36、(9)将聚偏氟乙烯加入到步骤(8)中的第二搅拌罐中，室温搅拌，搅拌速率为500～1000r/min，保证粘度达到5000～7000mpa。

37、(10)将步骤(9)中第二搅拌罐内的半固态液体涂覆在隔膜上，涂覆后的隔膜静置36h以上，待溶剂挥发，或对涂覆好的隔膜烘烤，温度为90～120℃，烘烤6h以上，烘烤过后得到的隔膜涂料在隔膜表面形成不脱落的涂层。

38、与现有技术相比，本发明的优点在于：

39、本发明通过在隔膜上增加含有磷元素的防火粒子，起到抑制电池起火的作用，提高了电池的安全。

40、本发明通过石蜡使含有磷元素的化合物能够形成的防火颗粒，石蜡在电芯失效时受热融化，防止电池中正、负极短使电池进一步失效，均匀分布在隔膜表面，并且能与粘结剂粘接。

41、本发明防火颗粒能均匀分布在隔膜表面。

技术特征：

1.一种预防热失控起火的隔膜涂料，涂料设于隔膜表面，其特征在于：所述涂料包括含有磷元素的防火粒子。

2.如权利要求1所述的一种预防热失控起火的隔膜涂料，其特征在于：所述含有磷元素的防火粒子包括石蜡包裹磷酸酯粒子。

3.如权利要求2所述的一种预防热失控起火的隔膜涂料，其特征在于：所述石蜡包裹磷酸酯粒子由石蜡和磷酸酯以3～5:6～10质量比组合而成。

4.如权利要求2所述的一种预防热失控起火的隔膜涂料，其特征在于：所述石蜡包裹磷酸酯粒子以粒径比为1:2～4的石蜡和磷酸酯为原料，其中磷酸酯的粒径为100～300nm，石蜡的粒径为200～400nm。

5.如权利要求1所述的一种预防热失控起火的隔膜涂料，其特征在于：所述涂料还包括十六烷三甲基溴化铵、正戊醇、乙醇、正硅酸四乙酯、氨水、聚偏氟乙烯和n-甲基吡咯烷酮。

6.如权利要求1所述的一种预防热失控起火的隔膜涂料，其特征在于，按重量百分比计，所述涂料的原料组成包括：石蜡3％～5％、十六烷三甲基溴化铵2％～4％、磷酸酯6％～10％、正戊醇15％～25％、乙醇70％～80％、正硅酸四乙酯4％～7％、氨水22％～30％、聚偏氟乙烯3％～5％、n-甲基吡咯烷酮10％～20％。

7.一种防火涂层隔膜，其特征在于，所述隔膜的至少一面涂覆如权利要求1-6中任一项所述的预防锂电池热失控起火的隔膜涂料。

8.一种防火涂层隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将石蜡包裹磷酸酯粒子制成乳状液；

9.如权利要求8所述的防火涂层隔膜的制备方法，其特征在于：所述石蜡包裹磷酸酯粒子的制备方法为，将磷酸酯与石蜡混合进行搅拌，搅拌温度为25～35℃，搅拌速率为30～3000r/min，搅拌时间为20分钟以上。

10.如权利要求9所述的防火涂层隔膜的制备方法，其特征在于：所述石蜡包裹磷酸酯粒子先与正戊醇混合搅拌，搅拌温度为35～45℃，搅拌速率为100～500r/min，搅拌时间为10分钟以上；再加入乙醇进行搅拌，搅拌温度为60℃以上，搅拌速率为1000～5000r/min，搅拌时间为130分钟以上得到所述乳液。

技术总结本发明公开了一种预防热失控起火的隔膜涂料，涂料设于隔膜表面，所述涂料包括含有磷元素的防火粒子。本发明的另一方面，还提供了一种防火涂层隔膜及其制备方法。本发明通过在隔膜上增加含有磷元素的防火粒子，起到抑制电池起火的作用，提高了电池的安全；通过石蜡使含有磷元素的化合物能够形成的防火颗粒，石蜡在电芯失效时受热融化，防止电池中正、负极短使电池进一步失效，均匀分布在隔膜表面，并且能与粘结剂粘接。技术研发人员：冯群翔,占莎,杨恒峰,蒋治亿受保护的技术使用者：江苏天合储能有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11