迈克孚微射流™均质机提升锂电池隔膜涂覆材料氧化铝的品质

锂离子电池隔膜是在锂离子电池正极和负极之间的一种聚合物隔膜,它是锂电池当中非常重要的部分。电池隔膜是用于把正/负电极隔开,避免电池内部发生短路,同时还可让锂离子自由通过。电池在高强度的充放电使用过程中会释放出大量热,导致电池内部温度显著升高,存在诱发隔膜破损等风险。因此,现有电池隔膜主要采用表面涂覆无机材料、耐热高分子材料或两者配合物的方法进行表面改性[1],使隔膜在达到软化温度后仍保持原有形状,防止短路现象发生,提升电池安全性。

三氧化二铝作为一种无机物,具有很高的热稳定性及化学惰性,是电池隔膜陶瓷涂层的很好选择。隔膜表面涂布三氧化二铝,制成有机无机复合功能性隔膜材料,显著提高了隔膜的保持电解液性能和高温尺寸稳定性,同时也保持了较好的机械性能[2]。特别是对于以聚烯烃微孔膜为基材的陶瓷隔膜,则具有更为优异的隔膜热关断作用和机械强度,更加适用于大容量锂离子动力电池的制造和使用。

研究表明,三氧化二铝陶瓷涂层的结构(包括连续性、孔隙率、孔径等)会对隔膜的性能起到关键作用。而陶瓷涂层由陶瓷粉体构成,因此,微观的粉体结构会直接影响宏观的陶瓷涂层结构,进而影响其性能。通常来说,粒径较小的陶瓷粉体易获得较好的电化学性能[3]。三氧化二铝等瓷料中容易团聚,导致粒度变大,影响粒径均匀性,使其不能很好的粘接到隔膜上,又会堵塞隔膜孔径,因而保持瓷料的均匀分散十分重要。

微射流高压均质机是一种利用微射流技术解决物料团聚,使其均匀分散的先进装备。微射流高压均质机利用成熟稳定的液压技术,在柱塞泵的作用下将液体物料增压,凭借精确压力调节使物料压力增压到20Mpa至210Mpa之间设定的压力值。被增压的物料,流向具有固定几何形状的金刚石(或陶瓷)制作的微通道并产生高速微射流,高速微射流物料在特定几何通道下产生物理剪切、高能对撞、空穴效应等物理作用力,从而使得物料达到均匀分散效果。

测试过程

固含量10%,分散溶剂:去离子水

处理条件:

测试结果

1,三氧化二铝浆料经高压微射流处理后浆料均匀度更好,粒径分布更均匀(比原材料提高 47-58%)。

2,三氧化二铝浆料经过高压微射流加工后涂覆隔膜可减轻比重,整体提升成膜率,降低成本。

3,粒径分布均匀,整体减少大颗粒,提高隔膜的穿刺强度。

4,涂料整体分散明显,均匀的颗粒度会提升倍率性和循环性能。

参考文献

[1]  温 敏,巫晓鑫,曾 钫,等. 锂电池隔膜母料用改性高 密度聚乙烯的制备及性能研究[J]. 塑料工业,2013,41 (9):118‐121.

[2]  Fang J,  Kelarakis  A,  Lin  Y  W,  et  al.  Nanopartic le-coated  separators  for  lithium-ion  batteries  with advanced  electrochemical  performance  [J].  Physical  Chemistry  Chemical  Physics,  2011,  13(32): 14457-14461.

[3]  Takemura  D,  Aihara  S,  Hamano  K,  et  al.  A  powder  particle  size  effect  on ceramic  powder  based separator for lithium  rechargeable battery [J]. Journal of power sources, 2005, 146(1): 779-783. 

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