[发明专利]一种蜂窝状高孔隙、大孔径锂电池隔膜及其制备方法有效
申请号: | 202110604293.4 | 申请日: | 2021-05-31 |
公开(公告)号: | CN113328202B | 公开(公告)日: | 2022-06-17 |
发明(设计)人: | 刘科;尚文滨;陈朝晖 | 申请(专利权)人: | 江苏厚生新能源科技有限公司 |
主分类号: | H01M50/403 | 分类号: | H01M50/403;H01M50/414;H01M50/489;H01M50/491;H01M10/052;H01M6/14 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 蜂窝状 孔隙 孔径 锂电池 隔膜 及其 制备 方法 | ||
本发明公开了一种蜂窝状高孔隙、大孔径锂电池隔膜及其制备方法。将聚烯烃、甲基纤维素、邻苯二甲酸二辛脂混合均匀,移至双螺杆挤出机的加热单元,加热形成均一相,经模头挤出形成铸片隔膜;将铸片隔膜浸入萃取剂中萃取邻苯二甲酸二辛脂,制得蜂窝状高孔隙、大孔径锂电池隔膜。锂电池隔膜表面亲水防老化处理:将锂电池隔膜表面包覆聚多巴胺改性,再与纳米级氧化石墨烯在二异丙基碳二亚胺催化下发生酰化反应,使锂电池隔膜表面包覆一层氧化石墨烯,再经己二酸二酰肼氨基化处理,增强锂电池隔膜表面的亲水性。本发明制备的锂电池隔膜孔隙率高、孔径大,对电解液有优异的相容性,吸液率高,亲水性强。
技术领域
本发明涉及电池隔膜技术领域,尤其是一种蜂窝状高孔隙、大孔径锂电池隔膜及其制备方法。
背景技术
作为锂电池的重要组成部分,锂电池隔膜的性能关系着锂电池的品质和性能,聚烯烃材料由于其较好的化学稳定性和机械性能,被广泛用于锂电池领域。传统的聚烯烃电池隔膜孔隙率低,对电解液的亲和性不好,隔膜吸液量不高,如PE隔膜孔隙率常见的范围在38-47%之间,平均孔径约30-45nm之间;现在商用的聚烯烃锂电隔膜表面相对致密,不利于电解液的渗透和离子的通过,降低了电池的电化学性能;目前聚烯烃隔膜的生产工艺相分离时,浊点温度较低,分散相形成的液滴比较小,这是造成隔膜的孔径较小重要原因。针对以上情况,本发明公开了一种蜂窝状高孔隙、大孔径锂电池隔膜及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蜂窝状高孔隙、大孔径锂电池隔膜及其制备方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种蜂窝状高孔隙、大孔径锂电池隔膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)将聚烯烃和甲基纤维素、邻苯二甲酸二辛脂混合均匀,移至双螺杆挤出机的加热单元,加热形成均一相,加热温度为160-180℃,保温1-3h,开启齿轮泵,均一相物料经模头挤出形成铸片隔膜。
(2)将铸片隔膜浸入乙醇溶液中,萃取出邻苯二甲酸二辛脂,萃取结束后取出铸片隔膜,待乙醇完全挥发,即制得蜂窝状高孔隙、大孔径锂电池隔膜。
所述聚烯烃为高密度聚乙烯。
所述制备锂电池隔膜的原料各组分配比为,以质量分数计,聚烯烃30-50份、甲基纤维素1-5份、邻苯二甲酸二辛脂70-100份。
锂电池隔膜通过热致相分离法制得,邻苯二甲酸二辛脂作为增塑剂,由于甲基纤维素在聚合物/增塑剂体系中是一种不溶不熔的物质,且表现出极性,与高密度聚乙烯不相容,在聚合物/增塑剂体系中,填充互不相容的第三体系,可以使得聚合物热力学相图的浊点温度提高,即可提高高密度聚乙烯与邻苯二甲酸二辛脂的相分离温度,进而延长分散相邻苯二甲酸二辛脂液滴的增长时间,液滴变大。相分离的铸片隔膜浸没在乙醇中,邻苯二甲酸二辛脂可从隔膜中被萃取出,形成大量的孔隙,因此提高相分离温度,邻苯二甲酸二辛脂形成的液滴变大,可以增大铸片隔膜的孔径;乙醇萃取时铸片隔膜表面的甲基纤维素会被萃取剂洗刷掉留下空隙,表面形成“蜂窝”状,内部的甲基纤维素保留在铸片隔膜里。
进一步地,所述聚烯烃包括高密度聚乙烯、乙烯-丙烯无规共聚物;以质量分数计,聚烯烃中高密度聚乙烯的含量为85-95%,乙烯-丙烯无规共聚物的含量为5-15%;乙烯-丙烯无规共聚物中乙烯的含量为10-15%。
由于乙烯-丙烯无规共聚物的结晶温度较高密度聚乙烯低,将少量乙烯-丙烯无规共聚物加入到聚合物/增塑剂体系中,可降低聚合物的结晶温度,从而延长分散相邻苯二甲酸二辛脂液滴的增长时间,液滴变大,可以增大铸片隔膜的孔径,因此提高相分离温度和降低聚合物固化温度或者结晶温度可以增大铸片隔膜的孔径。但当乙烯-丙烯无规共聚物中乙烯的含量超过15%时,乙烯-丙烯无规共聚物结晶困难,降温相分离时会阻碍邻苯二甲酸二辛脂液滴的增长,从而无法达到增大铸片隔膜孔径的效果;当乙烯-丙烯无规共聚物中乙烯的含量低于10%时,由于乙烯含量过少,对聚合物的结晶温度影响较小,同样无法达到增大铸片隔膜孔径的效果。
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