一种电池隔膜及其制备方法、二次电池和用电装置与流程

本发明涉及电池隔膜，具体而言，涉及一种电池隔膜及其制备方法、二次电池和用电装置。

背景技术：

1、锂离子电池目前已经得到广泛应用，其主要依靠li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来工作，主要有四部分组成：阴极（正极）、电解质、隔膜、阳极（负极）。锂电池的结构中，隔膜是锂电池关键的内层组件之一。隔膜主要作用是将电池的阴极阳极（正负极）材料隔开，防止两级接触发生短路，此外在电化学反应时，能保持必要的电解液，形成离子移动的通道（li+可用通过隔膜在电解质中移动）。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。性能优异的锂离子电池隔膜应该具有多孔结构，还具有吸液率高、机械强度高、厚度较薄、电化学性能稳定等优点。

2、现在市场上大部分微孔膜主要有聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）以及这两种膜的复合膜（如pe/pp和pp/pe/pp等）。但是，常规的聚烯烃隔膜都存在高温下热收缩的情况，会对电池的安全性造成极大影响。为了解决聚烯烃隔膜高温下热稳定性差的不足，表面涂覆改性是可行的方案之一。例如，在聚烯烃隔膜表面涂覆一层无机陶瓷涂层，所制备的陶瓷隔膜具有良好的耐热收缩性能，并已得到大规模商业化应用。

3、市场上耐高温的陶瓷涂层隔膜虽然比普通隔膜的耐热性好，但是对于锂电池在高温下短路从而引发的自燃却没有较大的帮助，因此需要一种同时具备高耐热和阻燃性的隔膜来减少隔膜的破膜及电池自燃的风险，从而提高电池的安全性。现有技术往往是在涂层涂料中加入一些有机或无机的阻燃剂，虽然这些阻燃剂有一定的阻燃效果，但是和粘合剂及其他陶瓷颗粒的相容性差，不利于陶瓷颗粒的分散，存在无机颗粒分布不均、易析出的问题，一定程度上会影响局部的耐热性。

4、因此，现有技术的隔膜无法兼顾耐热性和阻燃性能，目前亟需开发一种具有较低的热收缩率、较高阻燃性的隔膜，以提高锂离子电池使用过程中的安全性。

5、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电池隔膜及其制备方法、二次电池和用电装置，旨在提高降低隔膜的热收缩率，同时提高隔膜的阻燃性。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种电池隔膜，包括聚烯烃基膜和负载于聚烯烃基膜上的耐热阻燃涂层；

4、按质量份数计，用于形成耐热阻燃涂层的原料包括：陶瓷颗粒20-35份、改性阻燃颗粒5-15份、粘合剂1-5份、增稠剂0.1-3份和水50-75份；

5、原料还包括分散剂，且分散剂与陶瓷颗粒和改性阻燃颗粒总质量之比为（0.5-3.0）：100；

6、改性阻燃颗粒是由改性剂对阻燃颗粒改性而得，阻燃颗粒选自氢氧化镁、氢氧化铝和镁铝双氢氧化物颗粒中的至少一种；改性剂包括木质素磺酸钠和二（月桂醇聚醚-7）柠檬酸酯钠。

7、在可选的实施方式中，木质素磺酸钠和二（月桂醇聚醚-7）柠檬酸酯钠的质量比为1：（1-3）；

8、和/或，陶瓷颗粒选自氧化铝和勃姆石中的至少一种；

9、和/或，陶瓷颗粒的粒径为0.2μm-2.0μm。

10、在可选的实施方式中，粘合剂选自水性聚丙烯酸酯类和丁苯橡胶类中的至少一种；

11、和/或，增稠剂为羧甲基纤维素类增稠剂；

12、和/或，分散剂为水性高分子分散剂。

13、在可选的实施方式中，聚烯烃基膜选自pp隔膜和pe隔膜中的至少一种；

14、和/或，聚烯烃基膜的厚度为5μm-30μm，耐热阻燃涂层的厚度为1μm-10μm。

15、第二方面，本发明提供一种前述实施方式中任一项电池隔膜的制备方法，包括：依据耐热阻燃涂层的原料配方，将陶瓷颗粒、改性阻燃颗粒、粘合剂、增稠剂、分散剂和水混合制备涂料，将涂料涂布于聚烯烃基膜上，干燥。

16、在可选的实施方式中，改性阻燃颗粒的制备过程包括：将阻燃颗粒、水和改性剂混合，在160℃-200℃的条件下进行水热反应2h-8h，之后冷却、固液分离，将得到的固体物料进行干燥；

17、其中，阻燃颗粒和改性剂的质量比为10：（0.2-0.8）；

18、和/或，阻燃颗粒和水的质量比为10:（180-200）；

19、和/或，阻燃颗粒的粒径为0.05μm-0.50μm；

20、和/或，控制固体物料的干燥温度为100℃-120℃，干燥时间为10h-24h。

21、在可选的实施方式中，涂料的制备过程包括：将增稠剂和水混合得到增稠剂溶液，将分散剂和水混合得到第一预混液，将第一预混液和增稠剂溶液混合得到第二预混液，将第二预混液与陶瓷颗粒和改性阻燃颗粒混合得到第三预混液，将第三预混液与粘合剂混合；

22、在混合过程中，采用高速分散机进行混合。

23、在可选的实施方式中，将涂料涂布于聚烯烃基膜的一侧或两侧，利用热风烘干；

24、控制热风温度为70℃-90℃，烘干时间为2min-5min。

25、第三方面，本发明提供一种二次电池，包括前述实施方式中任一项电池隔膜或前述实施方式中任一项制备方法制备得到的电池隔膜。

26、第四方面，本发明提供一种用电装置，包括前述实施方式的二次电池。

27、本发明具有以下有益效果：本发明利用改性阻燃剂颗粒和陶瓷颗粒添加至隔膜的涂层中，涂层中的耐高温陶瓷和改性阻燃颗粒都能提高隔膜的耐热性，隔膜的耐热收缩性得到提高，从而保证了该隔膜在高温环境中的安全性。另外，在电池失控着火后，涂层内的改性阻燃颗粒又能迅速吸热从而减少电池着火的风险。本发明通过使用改性阻燃颗粒配合其他组分用量的调整，能够使改性阻燃颗粒更均匀地分散，避免了涂层局部掉粉造成的耐热性异常。

技术特征：

1.一种电池隔膜，其特征在于，包括聚烯烃基膜和负载于所述聚烯烃基膜上的耐热阻燃涂层；

2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，木质素磺酸钠和二（月桂醇聚醚-7）柠檬酸酯钠的质量比为1：（1-3）；

3.根据权利要求1或2所述的电池隔膜，其特征在于，所述粘合剂选自水性聚丙烯酸酯类和丁苯橡胶类中的至少一种；

4.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述聚烯烃基膜选自pp隔膜和pe隔膜中的至少一种；

5.一种权利要求1-4中任一项所述电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括：依据所述耐热阻燃涂层的原料配方，将所述陶瓷颗粒、所述改性阻燃颗粒、所述粘合剂、所述增稠剂、所述分散剂和水混合制备涂料，将所述涂料涂布于所述聚烯烃基膜上，干燥。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述改性阻燃颗粒的制备过程包括：将所述阻燃颗粒、水和所述改性剂混合，在160℃-200℃的条件下进行水热反应2h-8h，之后冷却、固液分离，将得到的固体物料进行干燥；

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述涂料的制备过程包括：将所述增稠剂和水混合得到增稠剂溶液，将所述分散剂和水混合得到第一预混液，将所述第一预混液和所述增稠剂溶液混合得到第二预混液，将所述第二预混液与所述陶瓷颗粒和所述改性阻燃颗粒混合得到第三预混液，将所述第三预混液与所述粘合剂混合；

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将所述涂料涂布于所述聚烯烃基膜的一侧或两侧，利用热风烘干；

9.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述电池隔膜或权利要求5-8中任一项所述制备方法制备得到的电池隔膜。

10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求9所述的二次电池。

技术总结本发明公开了一种电池隔膜及其制备方法、二次电池和用电装置，涉及电池隔膜技术领域。本发明利用改性阻燃剂颗粒和陶瓷颗粒添加至隔膜的涂层中，涂层中的耐高温陶瓷和改性阻燃颗粒都能提高隔膜的耐热性，隔膜的耐热收缩性得到提高，从而保证了该隔膜在高温环境中的安全性。另外，在电池失控着火后，涂层内的改性阻燃颗粒又能迅速吸热从而减少电池着火的风险。本发明通过使用改性阻燃颗粒配合其他组分用量的调整，能够使改性阻燃颗粒更均匀地分散，避免了涂层局部掉粉造成的耐热性异常。技术研发人员：陈兵,周玉波,金亚东受保护的技术使用者：浙江功能膜材料创新中心有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29