[发明专利]一种低温闭孔高温稳定的无纺布型锂电池隔膜及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池隔膜材料技术领域，具体涉及一种低温闭孔高温稳定的无纺布型锂电池隔膜及制备方法。

背景技术

电池隔膜在锂电池中的基本作用为隔开正负极，并且吸附电解液允许锂离子通过。3C产品包括计算机(Computer)、通信(Communication)和消费类电子产品(ConsumerElectronics)是锂电池应用的主要领域，对于3C产品的锂电池，仅使用PP隔膜和PE隔膜，其性能就能得到较好的满足。但是随着电动汽车的不断发展，锂电池的性能必须进一步提升才能满足电动汽车的要求，比如在安全性、充放电性能、循环性能及倍率性等方面，电动汽车用锂电池就比3C产品用锂电池提出更加严格的要求。而目前对于电池隔膜性能的提升主要集中在对原有的PP或者PE膜进行改性，例如Hyun-Seok Jeong在他的研究中通过将二氧化硅纳米粒子和聚偏氟乙烯共聚物溶在丙酮中浸涂PE膜，制备了两种规格的隔膜，发现直径更小的纳米粒子处理的膜离子电导率更高。除了用二氧化硅的丙酮溶液，Jang-Hoon Park在他的研究中提出了用二氧化硅和聚甲基丙烯酸甲酯乳胶粒子混合涂膜的方法，发现改性后的PE膜吸液率提高同时耐热性增强。

为了进一步使电池隔膜的性能满足动力锂电池的要求，新型锂电池隔膜的制备方法如改性无纺布得到越来越多的关注。无纺布的基材很多，包括PP无纺布、纤维素无纺布、PET无纺布等，上述无纺布中以PET无纺布的耐热性和力学性能最好，因此针对PET无纺布的研究较多。Pingting Yang用二氧化硅-聚甲基丙烯酸甲酯核壳粒子浸涂PE隔膜使隔膜的热稳定性和电性能得到较大的提高。为了处理膜孔较大的无纺布膜，必须提高二氧化硅核壳粒子分散液的浓度，但是随着分散液浓度的提高，分散液会变得越来越不稳定；除此之外，目前无纺布改性制得的锂电池隔膜很多没有闭孔机制，因此制约了其应用。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种低温闭孔高温稳定的无纺布型锂电池隔膜的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的低温闭孔高温稳定的无纺布型锂电池隔膜。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种低温闭孔高温稳定的无纺布型锂电池隔膜的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)二氧化硅的改性：将二氧化硅、溶剂和含乙烯基的硅烷偶联剂加入到反应器中，超声分散均匀，然后在搅拌条件滴加氨水，混合均匀，升温至65～75℃反应4～6h，产物分离、干燥，得到双键改性二氧化硅；

(2)核壳粒子的制备：将步骤(1)制备的双键改性二氧化硅、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和去离子水加入到反应器中，超声分散均匀，加入过硫酸钾水溶液，搅拌通氮气除氧，然后升温至65～80℃，滴加甲基丙烯酸甲酯单体和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)的混合物，反应6～7h，反应完成后，将产物分离、干燥，得到核壳粒子；

(3)浸涂液的制备：将步骤(2)的核壳粒子加入到去离子水中，超声分散均匀，得到浸涂液；

(4)核壳粒子改性膜的制备：将无纺布浸入到步骤(3)所制备的浸涂液中，3～5min后取出烘干，得到均匀的核壳粒子改性膜；

(5)电池隔膜的制备：配制浓度为4wt％～8wt％的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)溶液，加入2wt％～4wt％的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)混合均匀，然后将步骤(4)得到的核壳粒子改性膜浸入其中，取出后真空干燥，得到低温闭孔高温稳定的无纺布型锂电池隔膜。

优选地，步骤(1)中所述的二氧化硅是指粒径为10～100nm的二氧化硅；所述的溶剂是指甲醇，溶剂的加入量与二氧化硅的体积质量比为20～30ml/g。

优选地，所述的含乙烯基的硅烷偶联剂是指γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)，含乙烯基的硅烷偶联剂的加入量为二氧化硅质量的5％～12％。

优选地，步骤(2)中所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量为双键改性二氧化硅质量的4％～28％；所述过硫酸钾的加入量为甲基丙烯酸甲酯单体质量的1％～3％。

所述甲基丙烯酸甲酯单体的加入量为双键改性二氧化硅质量的1～7倍；所述三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的加入量为双键改性二氧化硅质量的2.5％～17.5％，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯在使用之前经过碱性氧化铝填充柱除去阻聚剂。

优选地，步骤(1)和步骤(2)中所述的干燥是指在50℃真空干燥12h。