[发明专利]一种孔径可调均匀多孔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有孔径均匀可调复合结构膜及制备方法，属于材料微结构及其制备技术领域。

背景技术

与常用的铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池等二次电池相比，锂离子二次电池具有：高能量密度、无污染、高电压、循环性能高、无记忆效应、可快速充电等优点。膜是置于电池正负极之间的多微孔薄膜，可以让离子在其中自由通过，并同时隔断正负极的直接接触。它是离子快速交换的通道，以便电池内形成循环回路。在所有电池中，膜均起着至关重要的作用。膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等锂离子电池的关键性能，直接影响锂离子电池的容量、循环性及安全性，性能优异的膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

电池膜约占锂离子电池成本的20～30％。锂离子电池市场的持续扩大，必将导致电池膜需求量的不断增长。然而市场中却并没有太多的关于电池膜的信息，因此改善其性能、延长其使用寿命及降低生产成本这些任务依然迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有均匀可调孔尺寸结构膜的制备方法，通过调节膜孔尺寸，从而控制膜的孔隙率和孔径大小，使该膜在电池制备和提高电池性能等领域获得广泛应用。

本发明的技术方案如下：

一种孔径可调均匀多孔膜的制备方法，包括以下过程：

(1)用拉制光纤法制备具有六方密堆结构的微针模板；

(2)选用1μm-100μm厚度的一种聚烯烃聚合物薄膜或多种聚烯烃聚合物的混合薄膜，并测量选用的聚合物薄膜在无孔时的熔融温度；

(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；将步骤(2)的聚合物薄膜放置在聚二甲基硅氧烷层上得到压印膜层；聚二甲基硅氧烷层由于其重力承重均匀性，作为保护层，可使微针模板热压时能均匀刺入；

(4)将步骤(1)的微针模板和步骤(3)的压印膜层在测量的熔融温度下进行热压，热压10min后，获得孔径均匀的多孔膜，将该多孔膜冷却到室温后，再经熔融温度下不同时间热处理，热处理温度为50-200℃，即可得到均匀可调孔尺寸结构的多孔膜，多孔膜孔径的可调范围为10nm-125μm。

与现有技术相比，本发明的优点有：(1)可获得具有均匀孔尺寸结构膜；(2)膜的孔形状、孔径可以调节；(3)制备方法简单、成膜质量高，模板可多次重复使用，且成本低廉，工艺简单可靠；(4)本发明的方法可应用于锂离子二次电池、燃料电池、水处理、催化合成和氯碱工业等多种领域。

附图说明

图1是本发明实施例中采用的微针模板扫描电镜照片；

图2是本发明实施例1中163℃热压10min后聚丙烯膜层的扫描电镜照片；

图3是本发明实施例2中163℃热压10min并再次在163℃加热5min后聚丙烯膜层的扫描电镜照片；

图4是本发明实施例3中163℃热压10min并再次在163℃加热10min后聚丙烯膜层的扫描电镜照片；

图5是本发明实施例4中163℃热压10min并再次在163℃加热15min后聚丙烯膜层的扫描电镜照片；

图6是本发明实施例5中163℃热压10min并再次在163℃加热20min后聚丙烯膜层的扫描电镜照片；

图7是本发明实施例6中163℃热压10min并再次在163℃加热25min后聚丙烯膜层的扫描电镜照片；

图8是本发明实施例1-6膜孔径大小与再次在163℃加热时间关系图。

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的膜层，厚度为20μm，微针模板采用拉制光纤法制备。图1是微针模板的扫描电镜照片，可以看到，微针模板大致呈六方密堆结构。

实施例1：

将热压装置、聚二甲基硅氧烷、微针模板、聚丙烯膜放入烘箱预热10min，然后在163℃热压10min，自然冷却30min，热压重量为1699g。

实施例2：

将热压装置、聚二甲基硅氧烷、微针模板、聚丙烯膜放入烘箱预热10min，然后在163℃热压10min，取出模具再次在163℃加热5min，自然冷却30min，热压重量为1699g。

实施例3：

将热压装置、聚二甲基硅氧烷、微针模板、聚丙烯膜放入烘箱预热10min，然后在163℃热压10min，取出模具再次在163℃加热10min，自然冷却30min，热压重量为1699g。

实施例4：