[发明专利]一种均匀可调多孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有形状、孔径均匀可调多孔复合结构的膜及制备方法，属于材料微结构及其制备技术领域。

背景技术

与铅酸电池、镍氢电池相比，锂离子二次电池因其循环寿命长、能量密度高、体积小、质量轻、无记忆效应、安全性好、可快速充放电等优点，成为近来新型二次电池的研究热点，在高能量和高功率领域备受欢迎。锂离子二次电池由正极、负极、隔膜和电解液组成，其中隔膜是锂离子二次电池的关键组成材料之一，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等锂离子二次电池的关键性能，直接影响锂离子二次电池的容量、循环性及安全性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

隔膜实际上是一层多孔的塑料薄膜，是锂离子二次电池中技术壁垒最高的一种高附加值的材料，约占锂离子二次电池成本的20～30%。隔膜材料的价格一直居高不下的主要原因是制备隔膜的关键技术被日本和美国所垄断，国产隔膜特别是用于高端锂离子二次电池用隔膜的技术指标未能达到国外产品的技术水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有形状、孔径均匀可调多孔结构的膜，可调节膜孔孔径，并可提高膜的热稳定性，使该膜在锂离子二次电池(特别是动力锂离子二次电池)、燃料电池、水处理、催化合成和氯碱工业等多种领域获得广泛应用。本发明的另一目的是提供该均匀可调结构膜的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种均匀可调多孔膜，多孔膜的材料为高分子聚合物的一种或几种组合；所述多孔膜的厚度为1μm-100μm，多孔膜的孔径为10nm-125μm。

本发明均匀可调多孔膜的制备方法，包括以下步骤：(1)制备具有六角周期结构的光纤阵列模板；(2)采用致密的聚合物薄膜，测量其熔融温度；(3)制备聚二甲基硅氧烷层：硅胶弹性固化物和硅橡胶按1:10的比例在烧杯中混合搅拌均匀，在空气中放置一定时间至气泡消除，放入115℃烘箱1h取出，用刮刀将聚二甲基硅氧烷层刮出；(4)将聚合物薄膜放置在聚二甲基硅氧烷层上，再与步骤（1）中的光纤阵列模板一起在聚合物薄膜的熔融温度下热处理，然后进行热压，冷却后即可得到形状、孔径均匀可调多孔结构的膜。

聚合物薄膜材料采用聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或聚酰亚胺等的一种或几种组合的复合膜。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)可获得具有形状、孔径均匀多孔结构膜；(2)膜的厚度和孔径可以方便地调节，满足不同的尺寸需求；(3)成本低廉，工艺简单可靠。

附图说明

图1是本发明实施例中采用的光纤阵列模板扫描电镜照片。

图2是本发明实施例中采用的聚乙烯膜的TG-DSC曲线图。

图3是本发明实施例中采用的聚乙烯膜的扫描电镜照片。

图4是本发明实施例1中热压后聚乙烯膜的扫描电镜照片。

图5是本发明实施例2中热压后聚乙烯膜的扫描电镜照片。

图6是本发明实施例3中热压后聚乙烯膜的扫描电镜照片。

图7是本发明实施例4中热压后聚乙烯膜的扫描电镜照片。

图8是本发明实施例5中热压后聚乙烯膜的扫描电镜照片。

图9是本发明实施例1、2、3、4、5膜孔径大小与热压质量关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

本实施例中使用的聚合物膜从市场中购买，厚度为20μm，光纤阵列模板采用中国专利ZL200710134575.2公开的方法制备。

图1是光纤阵列模板的扫描电镜照片，可以看到，光纤模板为六角结构排列。

图2是聚乙烯膜的TG-DSC曲线图，图中可以看到其软化温度为100℃，熔融温度为116.75 ℃，图3是其扫描电镜照片，可以看出其表面均匀。聚二甲基硅氧烷层由于其重力承重均匀性，作为保护层，使光纤阵列模板热压时能均匀刺入，这里将聚合物薄膜放置在聚二甲基硅氧烷层上，然后用光纤阵列模板热压，从而形成均匀多孔膜。

实施例1：将热压装置、聚二甲基硅氧烷层、光纤模板、聚乙烯膜放入烘箱预热10 min，然后在115 ℃热压30 min，取出自然冷却30 min，热压重量为750 g，孔径直径大小为16.07μm。

实施例2：将热压装置、聚二甲基硅氧烷层、光纤模板、聚乙烯膜放入烘箱预热10 min，然后在115 ℃热压30 min，取出自然冷却30 min，热压重量为1211 g，孔径直径大小为19.43μm。