一種鋰離子電池絕緣涂料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池絕緣涂料的制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子動力電池具有能量密度高、工作電壓高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長及對環(huán)境 無污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電動汽車、儲能電站及筆記本電腦等諸多領(lǐng)域。
[0003] 在鋰離子電池的生產(chǎn)過程中，由于正極活性材料和負(fù)極活性材料固化后會在邊緣 及表面形成一些毛刺，特別是邊緣處的毛刺很容易將隔膜劃破，從而造成電池內(nèi)部短路；此 外，由于正負(fù)極片和極耳連接處比極片的其他部位厚，該部位也容易破壞隔膜造成電池內(nèi) 部短路；在膜片分切工序中，金屬箱材（銅箱、鋁箱或不銹鋼箱）在分切過程中受本征機(jī)械 性能和分切設(shè)備狀態(tài)的影響，也會在分切處留下毛刺，從而也會引起電池隔膜被刺穿造成 電池內(nèi)部短路。為防止電池內(nèi)部短路，通常需要在極耳、敷料邊緣及劃線處等區(qū)域貼上膠布 絕緣。貼膠布方式雖然對防止短路比較有效和方便，但也存在諸多弊端，如膠布的粘性材 料容易被電解液溶出，會造成膠布脫落失去保護(hù)作用，同時溶出的粘性材料也污染電解液， 從而影響電池的循環(huán)倍率；膠布的耐熱性有限，高溫下容易收縮變形而失效；貼膠帶人工 操作工作量大，工序復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低。采用涂覆絕緣涂料形成絕緣層可有效解決上述問 題，且具有對設(shè)備的要求低，自動化水平高的特點(diǎn)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，CN104449011A公開了一種鋰離子電池絕緣涂料及其制備方法，該絕 緣涂料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：無機(jī)粉體0~95%，粘結(jié)劑3~98%，分散劑0. 5~ 3%。通過將無機(jī)粉體和粘結(jié)劑加入水中，分散得到混合液C;將水性分散劑溶解于水中，制 備溶液A;將溶液C加入溶液A中，6000~lOOOOrpm攪拌分散，得到鋰離子電池絕緣涂料。 由于鋰離子電池絕緣涂料所采用的絕緣粉體初始粒徑大多為納米級，比表面積較大，以高 速剪切或簡單的攪拌分散，很難分散均勻，在涂料制備過程中很容易出現(xiàn)漿料結(jié)塊、呈泥漿 狀的現(xiàn)象；由于絕緣涂料的分散均勻性、一致性差，在涂覆過程中，很容易造成顆粒團(tuán)聚，一 致性差，從而影響涂料的絕緣效果，在后續(xù)壓實(shí)工序中，也會影響電芯內(nèi)部的貼合界面，對 電池的性能造成不良影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，從而解決現(xiàn)有鋰離子 電池絕緣涂料制備過程中漿料分散的均勻性和一致性差的技術(shù)問題。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種鋰離子電池絕緣涂料的制 備方法，包括以下步驟：
[0007] 1)將粘結(jié)劑加入溶劑中，攪拌得粘結(jié)劑膠液；
[0008] 2)攪拌條件下，將絕緣粉體與步驟1)所得粘結(jié)劑膠液分別分兩次以上交替加入 容器中進(jìn)行混合，得混合物；
[0009] 3)將步驟2)所得混合物在超聲波作用下進(jìn)行高速剪切分散，超聲波的功率為5~ 30kw，高速剪切分散的轉(zhuǎn)速為3500~6000rpm，得分散漿料；
[0010] 4)將步驟3)所得分散漿料進(jìn)行球磨，然后經(jīng)消泡、過濾后，即得。
[0011] 本發(fā)明提供的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法中，步驟2)為原料的預(yù)混合步驟， 向絕緣粉體中加入粘結(jié)劑膠液，可以使絕緣粉體逐步潤濕，在持續(xù)的攪拌下，避免過大顆粒 的凝聚形成；絕緣粉體和粘結(jié)劑膠液分兩次以上加入，每次加入絕緣粉體后交替加入粘結(jié) 劑膠液；采取該加料方式，有利于絕緣粉體的充分潤濕和分散，從而減少機(jī)械攪拌的時間； 步驟3)是混合物同時在超聲波和高剪切作用下的復(fù)合分散步驟，經(jīng)過超聲波與高速剪切 的復(fù)合分散作用，使得超聲波的空化效應(yīng)得到進(jìn)一步增強(qiáng)，液相產(chǎn)生強(qiáng)有力的剪切活動，使 絕緣粉體得到進(jìn)一步的破碎重組，絕緣粉體顆粒進(jìn)一步細(xì)化均勻，且穩(wěn)定性得到增強(qiáng)；步驟 4)是分散漿料的球磨過程，經(jīng)過球磨，絕緣涂料的分散均勻性、一致性得到進(jìn)一步提高。在 上述三個步驟中，分散相的粒徑經(jīng)過逐級細(xì)化分散，絕緣粉體的潤濕、穩(wěn)定性和分散均勻性 逐級增強(qiáng)，不僅使絕緣粉體的分散效率更高，最終獲得的絕緣涂料的分散均勻性、一致性也 更好。
[0012] 步驟1)所述的粘結(jié)劑為羧甲基纖維素、丙烯酸酯、丁苯橡膠、聚丙烯酸鈉、聚氨酯 中的一種或組合。所述粘結(jié)劑在電解液浸泡下能夠保持絕緣層與集流體之間良好的粘結(jié) 力。
[0013] 步驟1)中，所述溶劑為水。粘結(jié)劑膠液配制時，粘結(jié)劑與水的比例優(yōu)選為1 :4~ 40,將粘結(jié)劑逐漸加入水中，控制攪拌速度50~300rpm，攪拌時間3~8h，即可獲得均勻穩(wěn) 定的粘結(jié)劑膠液。
[0014] 步驟2)所述的絕緣粉體為硫酸鋇、三氧化二鋁、二氧化硅、碳酸鋇、勃姆石、碳酸 鈣、二氧化鋯中的一種或組合。所述絕緣粉體的中值粒徑為〇. 2~2. 5ym。
[0015] 步驟2)中，所述攪拌的速度為100~350rpm。交替加料的間隔時間為5~30min。 為使原料的預(yù)混合更加充分，在所述絕緣粉體與粘結(jié)劑添加完畢后可選擇在50~400rpm 下繼續(xù)攪拌1~5h。
[0016] 步驟3)中，在超聲波作用下高速剪切分散的時間至少為0. 5h。進(jìn)一步優(yōu)選分散時 間為0. 5~2h。
[0017] 步驟4)將分散漿體進(jìn)行球磨時，優(yōu)選球磨介質(zhì)為氧化鋯珠，進(jìn)一步優(yōu)選粒徑為 0? 1~0? 5mm的氧化錯珠。所述球磨的轉(zhuǎn)速為20~lOOrpm，球磨時間為1~3h。
[0018] 步驟4)中，所述消泡為高速離心消泡。所述高速離心消泡的轉(zhuǎn)速為3000~ 9000rpm。消泡時間為0.5~2h。消泡完畢后采用200~400目篩網(wǎng)過濾后即得鋰離子電 池絕緣涂料。
[0019] 將本發(fā)明得到的鋰離子電池絕緣涂料涂覆于極耳與活性物質(zhì)交界區(qū)域，即可實(shí)現(xiàn) 其絕緣效果。本發(fā)明提供的制備方法可有效解決鋰離子電池絕緣涂料漿料結(jié)塊、難以分散 的問題，可大大提高絕緣涂料分散的均勻性、一致性，有利于批量化推廣生產(chǎn)應(yīng)用。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的鋰離子電池絕緣涂料制備方法工藝流程圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋰離子電池絕緣涂層的掃描電鏡圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0023] 實(shí)施例1
[0024] 本實(shí)施例的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，工藝流程圖如圖1所示，包括以下 步驟：
[0025] 1)在攪拌罐1中，將羧甲基纖維素逐漸加入到水（質(zhì)量比1 :40)，中，在200rpm下， 攪拌5h，得到粘結(jié)劑膠液；
[0026] 2)在250rpm的攪拌下，將上料罐2中的硫酸鋇（中值粒徑為0. 5ym)與步驟1) 所得粘結(jié)劑膠液分別分兩次以上加入預(yù)混攪拌桶3中進(jìn)行混合，每次加入絕緣粉體后交替 加入粘結(jié)劑膠液到漿料預(yù)混攪拌桶3中，交替加料的間隔時間為lOmin;所述絕緣粉體和粘 結(jié)劑添加完畢后在300rpm下持續(xù)攪拌lh，得到混合物；
[0027] 3)將步驟2)所得混合物送入超聲波與高速剪切復(fù)合分散裝置4,設(shè)定分散轉(zhuǎn)速為 5000rpm，超聲波功率為20kw，在上述條件下分散lh，得到分散漿料；
[0028] 4)將步驟3)所得分散衆(zhòng)料栗入球磨罐5中進(jìn)行球磨，球磨轉(zhuǎn)速為60rpm，球磨時 間為2h，所用球磨介質(zhì)為0. 1_的氧化鋯珠；球磨完畢后栗入相應(yīng)離心消泡裝置6進(jìn)行高 速離心消泡，在5000rpm下高速離心消泡lh，得漿料，并采用激光粒度儀7完成漿料粒徑檢 測；
[0029] 5)將步驟4)所得漿料經(jīng)過過濾裝置8 (篩網(wǎng)300目）完成漿料過濾，過濾完畢后 取樣采用粘度計9進(jìn)行粘度測試，漿料各項(xiàng)性能檢測完畢后栗入儲料罐10待用。
[0030] 實(shí)施例2~5
[0031] 實(shí)施例2~5的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法與實(shí)施例基本相同，具體區(qū)別列 于下表1中。
[0032] 表1實(shí)施例2~5鋰離子電池絕緣涂料的制備方法的工藝參數(shù)
[0033]
[0034] 將實(shí)施例1~5制備的鋰離子電池絕緣涂料涂覆于極耳與活性物質(zhì)交界區(qū)域，并 檢測其絕緣效果，結(jié)果如表2所示。
[0035] 表2不同實(shí)例絕緣涂層絕緣電阻大小對比
[0036]
[0037] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鋰離子電池絕緣涂層的掃描電鏡圖片。由圖2可知， 涂層顆粒分布均勻，具有較高的一致性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 將粘結(jié)劑加入溶劑中，攪拌得粘結(jié)劑膠液； 2) 攪拌條件下，將絕緣粉體與步驟1)所得粘結(jié)劑膠液分別分兩次以上交替加入容器 中進(jìn)行混合，得混合物； 3) 將步驟2)所得混合物在超聲波作用下進(jìn)行高速剪切分散，超聲波的功率為5~ 30kw，高速剪切分散的轉(zhuǎn)速為3500~6000rpm，得分散漿料； 4) 將步驟3)所得分散漿料進(jìn)行球磨，然后經(jīng)消泡、過濾后，即得。2. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，其特征在于，步驟1)所述的 粘結(jié)劑為羧甲基纖維素、丙烯酸酯、丁苯橡膠、聚丙烯酸鈉、聚氨酯中的一種或組合。3. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，其特征在于，步驟1)所述攪 摔的條件為50~300rpm下攬摔3~8h。4. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，其特征在于，步驟2)所述的 絕緣粉體為硫酸鋇、三氧化二鋁、二氧化硅、碳酸鋇、勃姆石、碳酸鈣、二氧化鋯中的一種或 組合。5. 如權(quán)利要求4所述的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，其特征在于，所述絕緣粉體 的中值粒徑為〇. 2~2. 5 ym。6. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述 攪拌的速度為100~350rpm ;交替加料的間隔時間為5~30min。7. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述 絕緣粉體和粘結(jié)劑膠液添加完畢后，在50~400rpm下攪拌1~5h。8. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，其特征在于，步驟3)中，在超 聲波作用下高速剪切分散的時間至少為〇. 5h。9. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，其特征在于，步驟4)中，所述 球磨的轉(zhuǎn)速為20~lOOrpm，球磨時間為1~3h。10. 如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，其特征在于，步驟4)中，所 述消泡為高速離心消泡，所述高速離心消泡的轉(zhuǎn)速為3000~9000rpm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池絕緣涂料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：1)將粘結(jié)劑加入溶劑中，攪拌得粘結(jié)劑膠液；2)攪拌條件下，將絕緣粉體與所得粘結(jié)劑膠液分別分兩次以上交替加入容器中進(jìn)行混合，得混合物；3)將所得混合物在超聲波作用下進(jìn)行高速剪切分散，超聲波的功率為5～30kw，高速剪切分散的轉(zhuǎn)速為3500～6000rpm，得分散漿料；4)將所得分散漿料進(jìn)行球磨，然后經(jīng)消泡、過濾后，即得。該制備方法采用分步加料、超聲波與高速剪切復(fù)合分散及漿料球磨的方式可以有效解決現(xiàn)有鋰離子電池絕緣涂料制備過程中納米級粉體比表面積大、易吸水導(dǎo)致的漿料結(jié)塊、分散困難等問題，提高了絕緣涂料的分散均勻性、一致性。
【IPC分類】C09D7/12, C09D5/25, H01M10/0525, H01M4/139
【公開號】CN105131689
【申請?zhí)枴緾N201510581299
【發(fā)明人】張國軍, 王海文, 張海峰, 懷永建
【申請人】中航鋰電（洛陽）有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月14日