CN110411913A - 一种锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法，包括以下步骤：对涂层用浆料进行粒度测试、接触角测试、电位值测试、流变测试，根据涂层用浆料各项测试结果评分标准或者等级设定，结合各项测试的预设权重进行加和，得到涂层用浆料的综合性能。本发明中的测试方法操作简单，且检测结果可靠，实用性较强，可以为隔膜涂层用浆料在不同工艺条件下的应用提高准确的参考。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法。
背景技术
隔膜是电池中非常关键的四大主材之一，对电池的电性能和安全性能有着直接的影响，随着电池能量密度的逐渐提升，基膜的轻薄化、隔膜的功能化已成为了应用趋势，带有耐热功能、浸润功能、热敏功能、粘附力的涂层隔膜在电池体系中应用也越来越广泛，涂覆隔膜将直接影响着电池的锂离子传输速率，其中涂层用浆料浆料的分散性、稳定性和流平性直接影响着涂层的一致性和稳定性，所以隔膜涂层用浆料的性能也越来越重要。
但不同工艺条件下浆料性能差别很大，目前行业内还没有评测隔膜涂层用浆料性能的方法，但是锂离子电池涂覆隔膜生产中涂层浆料性能的测试和评价是一个重要的环节，需要结合涂覆要求对浆料进行综合性能的评估，可以为涂层隔膜性能起到一定的指导作用。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法，本发明中的测试方法操作简单，且检测结果可靠，实用性较强，可以为隔膜涂层用浆料在不同工艺条件下的应用提高准确的参考。
一种锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法，包括以下步骤：
对涂层用浆料进行粒度测试，根据粒度测试结果和分散度评判所述涂层用浆料的分散性；
对涂层用浆料进行接触角测试，根据接触角测试结果评判所述涂层用浆料和涂覆基材之间的流平性和浸润性；
对涂层用浆料进行电位测试，根据电位值测试结果评判所述涂层用浆料的稳定性；
对涂层用浆料进行粘度测试，根据所述涂层用浆料粘度和剪切速率、所述涂层浆料粘度和时间变化曲线评判浆料的粘度和流变性；
根据涂层用浆料各项测试结果评分标准或者等级设定，结合各项测试的预设权重进行加和，得到涂层用浆料的综合性能。
进一步的，所述粒度测试采用激光粒度测试仪，分别测试所述涂层用浆料的D10、D50和D90，通过(D90-D10)/D50计算浆料的径距R，通过径距R可以评估不同合浆工艺条件下浆料的分散程度，这里不同的合浆工艺可以为高速分散、砂磨分散中的一种或两种。具体来说，D10和D90分别表示待测试样品细端和粗端的粒度指标，D50叫中位径或中值粒径，常用来表示平均粒度，本发明中创造性的定义径距R为(D90-D10)/D50，可以用来评估涂层用浆料的分散度，当径距R较小，表明较大粒径和较小粒径差值和D50相当，浆料整体的稳定性更高，说明这个状态下浆料的分散性很好。也就是说，粒径越小，径距越小，表明浆料分散性较好；粒径和径距越大，表明浆料分散性较差，可能会影响涂层的均一性。在本发明的粒度测试采用常规的粒度测试仪均可，只要能实现粒度测试的目的都可以用于本发明的技术方案，而激光粒度仪由于其是先进的激光衍射技术与高度实用的常规颗粒表征的完美结合，其粒度分布测量结果更加可靠，因此，在本发明的一些实施例中优选采用激光粒度测试仪。
进一步的，接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角α，是润湿程度的量度。若α<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若α>90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移润湿过程与体系的界面张力有关。一滴液体落在水平固体表面上，当达到平衡时，形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式(Young Equation)：γSV＝γSL+γLV×cosθe
由它可以预测如下几种润湿情况：
1)当θ＝0，完全润湿；
2)当θ﹤90°，部分润湿或润湿；
3)当θ＝90°，是润湿与否的分界线；
4)当θ﹥90°，不润湿；
5)当θ＝180°，完全不润湿。
因此，通过测量涂层用浆料的接触角可以评述其流平性和浸润性，具体的，当接触角α越小，流平性和浸润性越好；接触角α越大，流平性和浸润性较差，可能会影响涂层的一致性和涂覆工艺。所述接触角测试通过接触角测试仪采用量高法测量，测量过程中注液采用注液器液滴毛细管，测试基材选用待测试隔膜面，这里的待测试隔膜面可以选自PP基膜、PE基膜、氧化铝陶瓷隔膜、勃姆石陶瓷隔膜、涂胶隔膜。
进一步的，所述电位测试采用Zeta电位分析仪器，其中，Zeta电位量程为-150mV～150mV，粒径范围为10nm～30μm，电导率范围为0～200mS/cm，测量角度为90°，温度范围为2～90℃。Zeta电位是表征胶体分散系稳定性的重要指标，是连续相与附着在分散粒子上的流体稳定层之间的电势差，它的数值与胶态分散的稳定性相关，是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。分子或分散粒子越小，Zeta电位的绝对值(正或负)越高，体系越稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta电位(正或负)越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚，Zeta电位绝对值代表其稳定性大小，正负代表粒子带何种电荷，Zeta电位与体系稳定性之间的大致关系如下所示：
Zeta电位[mV]胶体稳定性
0到±5，快速凝结或凝聚
±10到±30，开始变得不稳定
±30到±40，稳定性一般
±40到±60，较好的稳定性
超过±61，稳定性极好。
因此，本发明中采用测试浆料的电位测试可采用本领域常规的电位测试仪，只要能实现电位测试的目的即可，本发明的一些实施例中采用Zeta电位分析仪。通过电位值的大小可以评判浆料的稳定性，具体的，电位β测试结果越大，浆料的稳定性越好；电位β测试结果越小，浆料稳定性不好越易发生沉降，不利于生产工艺的加工涂覆。
进一步的，通过流变测试可以了解到某个测试条件下的粘度，也可以了解流体的特性，比如是牛顿流体、假塑性流体还是宾汉塑性流体等，了解流体类型后更有利于后续验证工作。本发明中的流变测试可采用本领域常规的流变测试仪，只要能实现流变测试的目的即可。过设定测试的条件，可以直接从仪器测试结果中获得测试曲线。进一步的，所述流变测试采用旋转流变仪，所述流变仪选用圆盘平板转矩，所述圆盘平板直径为35mm，比较适用于隔膜涂层浆料。递变式剪切速率为1～300s-1，剪切力为1～300Pa，剪切时间100s～200s。本发明优选旋转流变仪，是由于旋转流变仪测量可以在稳定或变速情况下测量扭矩，用夹具因子将物理量转化为流变学的参数，进行稳态速率扫描，施加不同的剪切速率，可以记录稳态下的剪切速率和粘度，得到浆料的粘度和流变性数据。而粘度相对较小的浆料内部应力更均匀，浆料表面可以实现均匀的拉断，断裂处的界面平整性很好；粘度相对较小的浆料具有更好的流动性和张力特性，涂覆时整体的流平性稍好，涂层的均一性也会更好。因此，根据测试结果的浆料粘度η和剪切速率、浆料粘度η和时间变化曲线评判浆料的粘度和流变性，递变式流变测试粘度较小，较适合涂覆，粘度较大，不利于涂覆工艺的调整。
进一步的，所述各项测试结果评分标准为从高到底依次为3分、2分、1分，所述各项测试的预设权重为粒度30％、接触角30％、电位20％、粘度20％。
本发明的评价方法可快速测试评估出隔膜用浆料的综合性能，操作简单，测试结果可靠性高，实用性较强，可以为隔膜涂层用浆料在不同工艺条件下的应用提供准确的参考。
附图说明
图1为本发明中一较佳实施例的涂层用浆料评价方法的流程框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明实施例中的涂层用浆料的评价采用如图1中所述的方法，具体如下：
粒度测试：开启粒度测试仪附件，打开光学元件，开关启动计算机打开软件与仪器链接，预热30min后设置参数，泵速2000，超声波强度13，内超声时间30s。开启泵速，在烧杯中放入纯净水清洗管道和样品池，在烧杯中加800ml的纯净水，软件测试菜单中填写样品名，点击绿色键开始，设置它的光学特性参数，实施例1～3中折射率分别为1.78/1.80/2.55，分散剂为1.33，遮光度13～16％，系统自动对光后测试背景，完毕后系统提示加入样品，将样品加入烧杯，打开超声波，超声结束后10-12秒左右开始测试，系统将自动测试3次，创建一个平均值和粒度指标D10，D50，D90，记录测试数据，根据公式R＝(D90-D10)/D50得出径距R，根据径距R的数值判断浆料的分散性。
接触角测试：待测基膜选用PE基膜，通过注液器液滴毛细管将液滴悬在毛细管针头处，调整工作台，当观察到液滴和PE基膜面接触后停止并保存图像，利用量高法测量得出接触角数据，记录数据。根据测得的接触角大小评判浆料的流平性和浸润性。
电位测试：采用Zeta电位分析仪对涂层用浆料进行测试，设置参数为：电位量程-150mV～150mV，粒径范围10nm～30μm，电导率范围0～200mS/cm，测量角度90°，温度范围2～90℃，扫描次数为3，停留时间5S，选择溶剂为水，开始测试，记录Zeta电位值，根据电位值测试结果的大小评判浆料的稳定性。
流变测试：采用流变仪对浆料进行测试，根据测试结果的浆料粘度η和剪切速率以及浆料粘度和时间变化曲线评判浆料的粘度和流变性，流变仪选用圆盘平板转矩，直径为35mm，递变式剪切速率为1-300S-1，剪切力为1-300Pa，剪切时间100S-200S，记录保存测试曲线数据，递变式流变测试粘度较小，较适合涂覆，粘度较大，不利于涂覆工艺的调整。
实施例1
浆料的制备：按照重量份，将30份三氧化二铝、0.4份聚丙烯酸铵盐共聚溶液、0.1份合成层状硅酸盐类溶液和65份去离子水加入分散机中，控制分散机温度为25℃、功率为2000W，分散1.5个小时，然后加入4份水性聚丙酸改性树脂、0.5份聚醚改性有机硅表面活性剂至分散机中，保持分散机的温度为25℃、功率为400W，继续分散1个小时过200目筛网，得浆料。
取浆料按照图1中的步骤分别进行粒度、接触角、电位和流变性测试，结果见表1。
实施例2
浆料的制备：按照重量份，将25份勃姆石、1份聚乙烯吡咯烷酮溶液、0.6份羟甲基纤维素钠溶液和70份去离子水加入分散机中，控制分散机温度为30℃、功率为2500W，分散1个小时，然后加入3份水性聚丙酸改性树脂、0.4份水性非离子氟碳类表面活性剂，保持分散机的温度为30℃、功率为500W，继续分散1小时过200目筛网，得浆料。
取浆料按照图1中的步骤分别进行粒度、接触角、电位、流变性能的测试，结果见表1。
实施例3
浆料的制备：按照重量份，将28份二氧化钛、1份聚乙烯醇溶液、0.4份合成层状硅酸盐溶液和65份去离子水加入分散机中，控制分散机温度为35℃、功率为3000W，分散2个小时，然后加入5份水性聚丙酸改性树脂、0.6份水性阴离子氟碳类表面活性剂，保持分散机的温度为35℃、功率为600W，继续分散0.5小时过300目筛网，得浆料。
取浆料按照图1中的步骤分别进行粒度、接触角、电位、流变性能的测试，测试结果见表1。
定义各项指标分值从高到底依次为3分，2分，1分，粒度、接触角、电位、流变测试占比权重依次为30％，30％，20％，20％，根据表1中的测试结果，可以看出浆料的综合性能实施例1优于实施例2，实施例1和实施例2均较优于实施例3，结果表明本发明中的评价方法可快速测试评估出隔膜用浆料的综合性能，操作简单，测试结果可靠性高，实用性较强，可以为隔膜涂层用浆料在不同工艺条件下的应用提供准确的参考。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
对涂层用浆料进行粒度测试，根据粒度测试结果和分散度评判所述涂层用浆料的分散性；
对涂层用浆料进行接触角测试，根据接触角测试结果评判所述涂层用浆料和涂覆基材之间的流平性和浸润性；
对涂层用浆料进行电位测试，根据电位值测试结果评判所述涂层用浆料的稳定性；
对涂层用浆料进行流变测试，根据所述涂层用浆料粘度和剪切速率、所述涂层浆料粘度和时间变化曲线评判浆料的粘度和流变性；
根据涂层用浆料各项测试结果评分标准或者等级设定，结合各项测试的预设权重进行加和，得到涂层用浆料的综合性能。
2.如权利要求1所述的锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法，其特征在于，所述粒度测试采用激光粒度测试仪，分别测试所述涂层用浆料的D10、D50和D90，通过（D90-D10）/D50计算浆料的径距R。
3.如权利要求1所述的锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法，其特征在于，所述接触角测试通过接触角测试仪采用量高法测量，测量过程中注液采用注液器液滴毛细管，测试基材选用待测试隔膜面。
4.如权利要求3所述的锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法，其特征在于，所述待测试隔膜面选自PP基膜、PE基膜、氧化铝陶瓷隔膜、勃姆石陶瓷隔膜、涂胶隔膜中的一种。
5.如权利要求1所述的锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法，其特征在于，所述电位测试采用Zeta电位分析仪器，其中，所述Zeta电位分析仪的Zeta电位量程为-150mV~150mV，粒径范围为10nm~30μm，电导率范围为0~200mS/cm，测量角度为90°，温度范围为2~90℃。
6.如权利要求1所述的锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法，其特征在于，所述流变测试采用旋转流变仪，所述旋转流变仪选用直径为35mm的圆盘平板转矩，递变式剪切速率为1~300S-1，剪切力为1~300Pa，剪切时间100s~200s。
7.如权利要求1所述的锂离子电池隔膜涂层用浆料性能评价方法，其特征在于，所述各项测试结果评分标准为从高到底依次为3分、2分、1分，所述各项测试的预设权重为粒度30%、接触角30%、电位20%、流变20%。
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