本發(fā)明涉及電池隔膜領(lǐng)域，尤其涉及一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池因具有高比能量、長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)(相比于鎳鉻電池)的優(yōu)點，以及安全、可靠并且能承載快速重放電的特性，成為近年來電源技術(shù)研究的熱點。在廣泛使用的電子設(shè)備如手機、筆記本電腦等以及目前新興的電動汽車和混合動力汽車領(lǐng)域，鋰離子電池都起著不可替代的作用。

2、鋰離子電池主要結(jié)構(gòu)有正/負極材料，電解質(zhì)，電池隔膜和電池殼外包裝材料等。電池隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，在結(jié)構(gòu)上起著直接分隔正負極，防止電池短路的作用，電池隔膜的性能的好壞，直接決定了電池的界面性能、循環(huán)性能和安全性能等，因此，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能起著至關(guān)重要的作用。

3、陶瓷由于可以在水中分散，環(huán)保性好，目前已經(jīng)廣泛用于隔膜的涂覆，以制備成熱穩(wěn)定性好的耐高溫陶瓷涂層隔膜，電解液的浸潤性是評價隔膜的一項重要指標，出色的電解液浸潤性有利于提高電池的離子電導(dǎo)率，為進一步提高鋰電池隔膜吸收電解液的能力，通常在隔膜涂層內(nèi)引入含有極性親水基團的高分子粘合劑，如專利技術(shù)文獻cn108305972b公開了一種陶瓷涂層隔膜及制備方法和應(yīng)用，該陶瓷涂層隔膜包括基膜和陶瓷涂層，其中，陶瓷涂層由表面接枝聚乙二醇的無機顆粒涂布而成，采用具有羥基的聚乙二醇對無機顆粒進行接枝，雖然實現(xiàn)了陶瓷涂層隔膜吸液速率快、吸液率高，但是其在高溫條件下則表現(xiàn)出較大的熱收縮，使得高溫下陶瓷涂層隔膜的機械強度和耐溫性較差。

4、為了解決上述問題，可以通過在隔膜涂層中引入可交聯(lián)的聚合物粘合劑，使得隔膜表面形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以增大陶瓷涂層隔膜的機械強度和耐溫性，如專利技術(shù)文獻cn113964450a公開了一種電池隔膜涂布液及其制備方法、電池隔膜及電池，該電池隔膜涂布液中由于陶瓷、膠黏劑、納米線以及偶聯(lián)劑之間存在相互作用力或氫鍵，因此形成…陶瓷-偶聯(lián)劑-納米線-陶瓷-偶聯(lián)劑-納米線…的結(jié)構(gòu)，因此使得最終制得的電池隔膜具有良好的耐熱性，但是由于氫鍵不穩(wěn)定，在達到一定的溫度時可能會被破壞，因此該方法用于提高隔膜高溫下的機械強度較為有限。

5、因此，針對上述中的相關(guān)技術(shù)，亟需研發(fā)一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜及其制備方法和應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中陶瓷隔膜吸液性能差的問題。

2、基于上述目的，本發(fā)明提供了一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜及其制備方法和應(yīng)用。

3、一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜，包括涂層和基材，所述涂層由以下質(zhì)量份原料制備得到：陶瓷顆粒80-120份、含羥基高分子4-8份、粘結(jié)劑3-5份、含硼交聯(lián)劑30-50份、助劑0.1-0.5份、分散劑1-2份；

4、所述基材的成分為聚乙烯、聚丙烯和聚甲基戊烯中的任意一種；

5、所述含硼交聯(lián)劑的制備方法如下：

6、s1.將含硼無機化合物溶于水，再加入無機堿性化合物得到無機硼酸水溶液；

7、s2.將4-乙烯基苯硼酸、乙二醇二乙烯醚、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、偶氮二異丁腈、四氫呋喃和水混合均勻，于75-85℃下反應(yīng)22-24h，得到有機硼酸溶液；

8、s3.將無機硼酸水溶液和有機硼酸溶液混合均勻，得到含硼交聯(lián)劑。

9、優(yōu)選的，所述含羥基高分子為納米竹炭粉、納米纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一種或幾種，所述粘結(jié)劑為丁苯橡膠、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚乙烯醇，聚偏氟乙烯等中的一種或幾種。

10、優(yōu)選的，所述助劑為琥珀酸、氟代烷基甲氧基醚醇、聚丙烯酸鈉、炔二醇乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚醚改性硅氧烷中的一種或幾種，所述分散劑為聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸銨、羧酸鹽和磺酸鹽中的一種或幾種。

11、優(yōu)選的，步驟s1中所述含硼無機化合物為硼酸鈉、四硼酸鉀、四硼酸鋰、硼酸銨中的一種或幾種。

12、優(yōu)選的，步驟s1中所述含硼無機化合物、水和無機堿性化合物的質(zhì)量比為1-4：28-42：1-4。

13、優(yōu)選的，步驟s1中所述無機堿性化合物為納米氧化鋁，氫氧化鋁、氫氧化鎂，勃姆石，二氧化硅等無機氧化物中的一種或幾種，步驟s1中所述硼酸根離子水溶液的濃度為1％-10％。

14、優(yōu)選的，步驟s2中所述4-乙烯基苯硼酸、乙二醇二乙烯醚、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、偶氮二異丁腈、四氫呋喃和水的用量比為20-40g：30-50g：220-240mg：18-20mg：95-100ml：2-3ml。

15、優(yōu)選的，步驟s3中所述無機硼酸水溶液和有機硼酸水溶液的質(zhì)量比為30-50:10-15。

16、一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜的制備方法，包括以下步驟：

17、s11.將分散劑和去離子水混合均勻，加入陶瓷顆粒，攪拌均勻后研磨10-50min，得到分散液1；

18、s12.向分散液1中加入粘結(jié)劑，攪拌30-60min，再加入含羥基高分子，攪拌30-60min，得到混合液2；

19、s13.向混合液2中加入助劑，攪拌30-60min后通過磁過濾裝置，攪拌5-20min，用250目濾網(wǎng)過濾，得到漿料；

20、s14.將漿料通過微凹版涂布于基材上，烘干后再于含硼交聯(lián)劑中浸泡10-20min，固化，得到陶瓷隔膜。

21、一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜的應(yīng)用，所述陶瓷隔膜可以應(yīng)用于鋰離子電池、鈉離子電池等新型二次電池。

22、本發(fā)明的有益效果：

23、本發(fā)明提供了一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜及其制備方法和應(yīng)用，通過在涂層中引入含羥基的高分子，由于含羥基的高分子對電解液具有良好的親和性，使得陶瓷隔膜具有良好的吸液性能，從而有效提高電芯的循環(huán)性能。

24、本發(fā)明提供了一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜及其制備方法和應(yīng)用，通過在涂層中引入含硼交聯(lián)劑，由于無機硼酸水溶液中的硼酸根離子可以作為交聯(lián)劑和含羥基的高分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，而有機硼酸溶液中的4-乙烯基苯硼酸和乙二醇二乙烯醚共聚形成共聚物，在高溫時可以形成六元環(huán)，在涂層內(nèi)部形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此提高了陶瓷隔膜的骨架強度，進而顯著提高陶瓷隔膜的耐溫性能。

技術(shù)特征：

1.一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜，其特征在于，包括涂層和基材，所述涂層由以下質(zhì)量份原料制備得到：陶瓷顆粒80-120份、含羥基高分子4-8份、粘結(jié)劑3-5份、含硼交聯(lián)劑30-50份、助劑0.1-0.5份、分散劑1-2份；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜，其特征在于，所述含羥基高分子為納米竹炭粉、納米纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一種或幾種，所述粘結(jié)劑為丁苯橡膠、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚乙烯醇，聚偏氟乙烯等中的一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜，其特征在于，所述助劑為琥珀酸、氟代烷基甲氧基醚醇、聚丙烯酸鈉、炔二醇乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚醚改性硅氧烷中的一種或幾種，所述分散劑為聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸銨、羧酸鹽和磺酸鹽中的一種或幾種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜，其特征在于，步驟s1中所述含硼無機化合物為硼酸鈉、四硼酸鉀、四硼酸鋰、硼酸銨中的一種或幾種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜，其特征在于，步驟s1中所述含硼無機化合物、水和無機堿性化合物的質(zhì)量比為1-4：28-42：1-4。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜，其特征在于，步驟s1中所述無機堿性化合物為納米氧化鋁，氫氧化鋁、氫氧化鎂，勃姆石，二氧化硅等無機氧化物中的一種或幾種，步驟s1中所述硼酸根離子水溶液的濃度為1％-10％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜，其特征在于，步驟s2中所述4-乙烯基苯硼酸、乙二醇二乙烯醚、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、偶氮二異丁腈、四氫呋喃和水的用量比為20-40g：30-50g：220-240mg：18-20mg：95-100ml：2-3ml。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜，其特征在于，步驟s3中所述無機硼酸水溶液和有機硼酸水溶液的質(zhì)量比為30-50:10-15。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的高耐熱、高吸液陶瓷隔膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的高耐熱、高吸液陶瓷隔膜的應(yīng)用，其特征在于，所述陶瓷隔膜可以應(yīng)用于鋰離子電池、鈉離子電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電池隔膜領(lǐng)域，具體涉及一種高耐熱、高吸液陶瓷隔膜及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明通過在涂層中引入含羥基的高分子，由于含羥基的高分子對電解液具有良好的親和性，使得陶瓷隔膜具有良好的吸液性能，從而有效提高電芯的循環(huán)性能，另外通過在涂層中引入含硼交聯(lián)劑，由于無機硼酸水溶液中的硼酸根離子可以作為交聯(lián)劑和含羥基的高分子之間形成氫鍵，發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，且有機硼酸溶液中的4?乙烯基苯硼酸和乙二醇二乙烯醚共聚在高溫時可以形成六元環(huán)，因此在較寬溫度范圍內(nèi)體系內(nèi)部均會形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了陶瓷隔膜涂層的骨架強度，保證了高吸液性的同時也提高了陶瓷隔膜的耐溫性能。

技術(shù)研發(fā)人員：賈相奇,高昕宇,高妍妍,李昆良,郝晴晴,趙中雷,李峰
受保護的技術(shù)使用者：滄州明珠隔膜科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24