锂离子电池用陶瓷改性研究

精品文档-下载后可编辑锂离子电池用陶瓷改性研究《信息记录材料杂志》2022年第二期

1实验

1.1试剂氧化铝，浙江超微细化工有限公司；盐酸,天津翔宇化工工贸有限公司；氢氧化钠，天津福晨化学试剂厂；等。

1.2实验方法

涂布液的配制（1）陶瓷分散液的制备用电子天平称取一定量的水，加入一定量的氧化铝超细粉体，用实验室用熔化装置（六孔水浴）搅拌浸润，加入一定量的分散剂，之后用砂磨机砂磨一段时间，得到陶瓷分散液。（2）陶瓷涂布液的制备将陶瓷分散液与粘合剂混合搅拌一段时间，得到陶瓷涂布液。（3）陶瓷涂布液的涂覆将制备好的陶瓷涂布液涂覆于基膜上。

2结果与讨论

2.1陶瓷涂覆改性前后对电解液亲液性的影响测试电解液与陶瓷涂覆改性前后隔膜的接触角，并通过滴下瞬间的照片对比观察涂覆改性前后隔膜对电解液的亲和性，见表2和图1。由表2和图1可以看出陶瓷改性隔膜对电解液的亲和性明显优于基膜，这是由于基膜为聚烯烃类聚合物多微孔膜，由于聚烯烃大分子链的存在，使隔膜的表面具有低的表面能，因此对电解液亲和性较差。而陶瓷涂层的主要成分为超细氧化铝，其具有较大的比表面积，而且陶瓷之间存在孔洞，有利于与电解液之间的亲和，能增加隔膜与电解液的接触面，与电解液的亲和性良好。为试验陶瓷改性前后的隔膜对电解液的吸收速度，我们采用同样的电解液，同时滴到基膜和陶瓷改性隔膜上，拍摄不同时间的照片如图2所示。从图2可以看出，电解液滴在不同隔膜表面后，在陶瓷改性隔膜上快速扩散、吸收，而在基膜上扩散速度缓慢。说明陶瓷改性隔膜对电解液的吸收速度明显高于基膜，这将有利于后期组装电池过程中，提高电解液的注液速度，提高注液效率。

2.2不同氧化铝对陶瓷改性隔膜性能的影响分别采用3种锂电池隔膜专用氧化铝进行了试验，采用同样的条件进行了涂覆，测试结果如表3所示。从表3可以看出与基膜相比陶瓷改性隔膜的拉伸强度和断裂伸长稍低，没有发生大的变化，这是由于起机械支撑作用的是主要是基膜，涂覆陶瓷后，隔膜的最大拉断力不变，而厚度有所增加，因而拉伸强度会有所降低。从表3还可以看出不同厂家的氧化铝对涂层的物化性能和耐热性影响不大。这可能是因为透气性主要由陶瓷分散液的平均粒径和粒度分布决定，耐热性和力学性能主要与氧化铝本身性质决定和粘合剂的选择有关。不同厂家氧化铝的差别主要是原始粒度分布、纯度，经过研磨工艺研究试验，不同厂家氧化铝的粒度分布都能达到目标的粒度范围，最终涂布液的粒度分布相当。而氧化铝的纯度主要影响涂层的电化学性能，对耐热性影响不大。

2.3不同涂层厚度对陶瓷改性隔膜性能的影响为了确定基膜厚度与涂层厚度的匹配性，进行了不同涂层厚度对涂层耐热性的影响实验，结果见表4和图3。实验结果表明，采用20μm基膜时，当陶瓷涂层厚度达到4μm时，隔膜的热收缩性能明显改善。主要原因是：如果涂层过薄，在受热时，陶瓷涂层不能够起到阻止PE基膜收缩的作用，故收缩率改善不明显。如果涂层过厚，则导致成本增加，因此，当采用20μm基膜时，涂层厚度最优控制在4~5μm，即涂层厚度为基材厚度的0.2~0.25倍为最优。从表4还可以看出，随着涂层厚度的增加，陶瓷改性隔膜的透气性变化不大。透气性与组装电池后的离子电导率成正比，而离子电导率决定了电池的内阻和倍率性能，这说明陶瓷改性隔膜随着涂层厚度增加对电池的内阻影响不大。

2.4双面涂覆与单面涂覆对陶瓷改性隔膜性能的影响采用同样的基膜，同样的涂布液，进行了不同厚度的单双面涂覆试验，结果如表5所示。从表5和图4可以看出：采用同样基膜，虽然单面涂覆总涂层厚度25.7μm大于双面总涂层厚度24μm，但双面涂覆隔膜的热收缩明显优于单面涂覆隔膜。这是由于单面涂覆时，基膜双面受力不一致，受热时容易卷曲变形。而双面涂覆时，基膜两面都有陶瓷涂层的刚性支撑。

3结论

（1）陶瓷涂覆改性隔膜对电解液的亲和性和吸收电解液的速度明显优于基膜；（2）不同氧化铝对涂层的物化性能影响不大；（3）陶瓷涂层厚度为基材厚度的0.2~0.25，陶瓷改性隔