[发明专利]一种具有亲水交联表层的锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法，特别涉及一种表面具有亲水交联表层的聚烯烃微孔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种新型化学电源体系，与传统的镍镉或镍氢电池相比，它具有高能量、长循环寿命、无记忆效应、快速充放电等优点，可用于手机、笔记本电脑、摄录机等便携式电子产品以及环保型电动汽车等所需的动力电源。电池隔膜是锂离子电池的重要组成部分，其主要作用是：（1）隔离电池的正、负极，使电池内部的电子不能自由穿过，防止短路；（2）允许电解液中的锂离子通过隔膜的微孔道在正负极间自由传输，保证电池的电化学反应有序可逆地进行。电池隔膜的结构与性能直接影响到电池的容量、循环性能以及安全性能。

目前商品化锂离子电池的隔膜大多为聚烯烃微孔膜，包括聚丙烯(PP)单层微孔膜、聚乙烯(PE)单层微孔膜、以及由PP和PE复合的多层微孔膜等。聚烯烃微孔膜具有高孔隙率、高抗撕裂强度、高抗酸碱能力、耐化学试剂、价格低廉等优点，但是由于聚烯烃材料的表面能低，具有很强的惰性和疏水性，导致聚烯烃微孔膜表面与电解液的亲和性较差，不利于电解液在隔膜表面的充分润湿，从而增加了锂离子电池的内阻，影响电池的循环性能和充放电效率。

针对上述缺点，需要对聚烯烃微孔膜进行亲水性改性。目前文献报道的改性方法主要包括：

（1）基体树脂共混法：将聚烯烃与亲水性高分子聚合物共混，然后将共混物制成微孔膜。这种改性方法制备的聚烯烃微孔膜保留了聚烯烃的优良性能，也具有一定的亲水性。该方法的实施关键是采用的亲水性高分子聚合物能够与聚烯烃具有很好的相容性，能够形成共结晶，但是，这种共混法一方面将破坏微孔膜的孔径分布均匀性，还将影响聚烯烃的结晶程度，降低隔膜的力学性能。

（2）表面改性法：表面改性分为物理方法和化学方法，物理方法是指通过电晕、紫外辐照、等离子体处理等方法在聚烯烃微孔膜表面产生极性基团，通过极性基团的吸附作用提高薄膜的表面亲水性。但是物理方法对微孔膜表面亲水性的改性效果是暂时的，随着时间的延长会慢慢减弱并消失。化学方法是指通过化学接枝在微孔膜表面引入亲水性强的单体或聚合物，从而使微孔膜表面具有永久的亲水性。化学方法已经成为聚合物薄膜表面亲水改性的常用方法，但是该方法用于聚烯烃微孔膜表面亲水改性时，由于孔道尺寸极小（0.01~0.10μm），化学接枝后极易改变微孔膜的孔结构，使其孔隙率和透气率下降，内阻增大，导致锂离子电池的循环性能和充放电效率降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：由于用现有技术表面改性聚烯烃微孔膜，易改变微孔膜的孔结构，导致孔径分布不均匀，孔隙率和透气率较低，增加了锂离子电池的内阻，影响电池的循环性能和充放电效率。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种具有亲水交联表层的锂离子电池隔膜，该隔膜由于在微孔膜表面形成了亲水性交联层，用于锂离子电池可明显改善电解液对隔膜的润湿性以及隔膜在受热条件下的尺寸稳定性，保证微孔膜具有较高的孔隙率和透过率，从而提高锂离子电池的使用性能。

本发明还提供了一种以上所述的具有亲水交联表层的锂离子电池隔膜制备方法，该方法可以在不明显改变孔结构和孔径分布的情况下在微孔膜表面形成亲水交联层。

该方法中所使用的微孔膜的填充保护剂为聚乙烯醇。

该方法的工艺步骤为：（1）聚烯烃微孔膜前期处理，具体分为3步：

a、将聚乙烯醇溶解于蒸馏水中，搅拌至聚乙烯醇完全溶解，得到无色澄清的聚乙烯醇水溶液；

作为优选：聚乙烯醇的聚合度为500~2000，醇解度为50~98%；

进一步地：聚乙烯醇的聚合度为600~1000，醇解度为70~90%；

作为优选：聚乙烯醇水溶液浓度为10~50%，粘度为10~70mPa.s；

进一步地：聚乙烯醇水溶液浓度为25~30%，粘度为30~40mPa.s；

b、将聚烯烃微孔膜在a步骤所述的聚乙烯醇水溶液中浸泡，使聚乙烯醇水溶液充满微孔膜的孔道后将微孔膜取出；

c、用淋洗溶剂对浸泡后的聚烯烃微孔膜进行淋洗，再将淋洗后的微孔膜用热风干燥，得到孔道被聚乙烯醇填充保护的微孔膜，

作为优选：淋洗溶剂为二甲基亚砜，或是水与丙酮、乙醇、四氢呋喃和二甲基甲酰胺中的一种或两种以上物质混合而成的复合溶剂。

步骤（2）聚烯烃微孔膜的表面化学接枝：

聚烯烃微孔膜表面化学接枝可以通过紫外光引发接枝或者引发剂引发接枝的途径进行：