[发明专利]还原酮醇缩合无机粉体涂覆高聚物隔膜的制备方法

说明书

本发明涉及还原酮醇缩合无机粉体涂覆高聚物隔膜的制备方法，其特征在于制备步骤如下：将聚乙烯吡咯烷酮和羟丙基甲基纤维素粉末加入甲苯或二甲苯溶剂中，经过回流、通氮气、加金属钠、回流、除金属钠、减压蒸馏、粉碎、加水等处理步骤,再加入无机粉体，搅拌成胶状液体。将胶状液体涂覆在高聚物膜表面上，于50～90℃温度区间真空干燥10min～48h，制得改性高聚物膜。本发明通过羟丙基甲基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮之间的醇和酮反应产物、过量聚乙烯吡咯烷酮及无机粉体的复合物间的相互作用，改善隔膜的吸液保液能力、耐高温性能，同时也增加了隔膜与涂覆层及隔膜与正极的粘结性能，减少了隔膜阻抗，改善电池的电化学性能及安全性能。

技术领域

本发明涉及还原酮醇缩合无机粉体涂覆高聚物隔膜的制备方法，具体涉及一种可用于锂电池、锂离子电池、聚合物电池和超级电容器的涂覆高聚物隔膜的制备方法，属于电池隔膜制备的技术领域。

技术背景

锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜、电池壳等部件组成。作为锂离子电池的重要组成部件之一，隔膜性能备受关注。隔膜的主要功能是分隔正极和负极，避免其电子短路。隔膜同时为锂离子在正极和负极间移动提供通道。在电池体系中，要求隔膜不能与电池体系的电解液等反应。隔膜性能的优劣直接影响锂离子电池的放电容量、循环寿命和安全性。

锂离子电池的隔膜应该具备以下特性：（1）厚度均匀适中，能兼顾隔膜的机械性能和电池内阻；（2）良好的透过性和微孔均匀性；（3）较强的吸液保液能力；（4）良好的化学稳定性和电化学稳定性；（5）安全性高、热自闭孔性能好。

为了改善电池的安全性，在三元动力电池体系中已广泛采用涂覆隔膜。不过，制备涂覆隔膜时，通常在涂覆隔膜基础的基膜表面涂覆油性粘结剂。这种方法可以改善隔膜的性能。不过，目前市场上陶瓷隔膜常出现涂覆层厚度不均匀，陶瓷颗粒分布不均匀及掉粉等问题，引起陶瓷隔膜长期循环的性能下降等问题。在利用油相体系制备涂覆隔膜的过程中，有机溶剂蒸发容易引起火灾，能耗较高。

关于本发明中的HPMC和PVP，前人研究的情况是：傅婧等在不同浓度KOH溶液中通过共混反应制备出聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮（PVA/PVP）碱性聚合物电解质膜。研究表明，在碱性聚合物电解质膜中，PVP可明显改善电解质膜的离子传导率和热稳定性。不过，这种复合膜的机械性能较差（傅婧等，聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮碱性复合膜的制备及其性能[J]. 物理化学学报, 2010, 26(10): 2653-2658.）。本发明将HPMC、PVP的酮醇还原产物和无机粉体共混。将共混产物涂覆在高聚物膜上，制备涂覆高聚物隔膜。在这种涂覆高聚物隔膜中，PVP为非离子型高分子化合物，PVP中的羰基能与接枝无机粉体表面的基团成键，改善结合力。同时，表面活性剂PVP可改善无机粉体的表面能，改善涂覆浆料与非极性高聚物膜及电解液体系中极性添加剂的相容性。本发明的制备工艺绿色，操作简单。在制备的涂覆高聚物膜中，涂覆层与高聚物间粘结力强，对电解液中极性添加剂的浸润性和吸液能力强，且在生产制备过程中绿色环保，适合于工业生产使用。

发明内容

本发明所采用的技术方案由以下步骤组成：

将0.5～50g聚乙烯吡咯烷酮粉末和0.05～10g羟丙基甲基纤维素粉末加入两种粉末总体积的10～100倍体积的甲苯或二甲苯溶剂中，在回流体系中搅拌溶解，通入氮气除净回流体系中氧气，加入金属钠颗粒，加热回流1～20h，除去过量的金属钠，减压蒸馏除去溶剂。将蒸馏剩余物资粉碎为粉末，加入250ml去离子水,再加入无机粉体，搅拌成均匀的胶状液体,将胶状液体涂覆在高聚物膜的表面上，置于50～90℃温度区间，真空干燥10min ～48h，制得改性高聚物膜。

所述的聚乙烯吡咯烷酮粉末的用量是羟丙基甲基纤维素粉末的重量的10倍。