[发明专利]一种锂离子电池用聚合物多孔薄膜及其制备方法和应用

摘要

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池用聚合物多孔薄膜及其制备方法和应用。本发明利用微纳叠层共挤出成型技术制备具有交替层状结构的乙烯基树脂/丙烯基树脂复合薄膜,通过熔融拉伸、酸处理等过程得到孔结构及膜厚度均匀可控的多孔乙烯基树脂/丙烯基树脂薄膜。本发明容易做到向聚合物基体内添加其他材料的要求，制备出的薄膜厚度均匀，并可通过层数及成膜模具出口厚度进行调节；孔结构可由碳酸钙颗粒的粒径、含量等来控制。本发明方法简易可行、成本低廉、易于大规模生产；制备的聚合物多孔薄膜孔结构稳定可控、电化学性能优越，在锂离子电池隔膜、能源、吸附分离、传感器、催化剂和生物技术等领域中有应用前景。

主权项

1.一种乙烯基树脂/丙烯基树脂多孔薄膜的制备方法，其特征在于，以碳酸钙颗粒为模板制备乙烯基树脂/丙烯基树脂母料，然后利用微纳叠层共挤出成型设备制备含碳酸钙的乙烯基树脂与丙烯基树脂薄膜，再通过熔融拉伸、酸处理得到，该多孔薄膜具有交替层状结构，且孔结构可控，其原料组成以质量份数计为：乙烯基树脂                                        60‑120份，丙烯基树脂                                        60‑120份，碳酸钙颗粒                                        20‑150份，分散剂                                            1‑5份；制备的具体步骤如下：（1）乙烯基树脂/丙烯基树脂母料的制备（1.1）将分散剂溶在乙醇溶液中，得到分散剂溶液；（1.2）将碳酸钙微球放入高速搅拌机，升温至70‑80℃，以30‑100rpm的转速搅拌10‑20 min，放入烘箱恒温80‑120℃干燥10‑24 h；（1.3）将干燥后的碳酸钙微球放入高速搅拌机，升温至70‑80℃，逐滴滴入步骤（1.1）得到的分散剂溶液，以30‑100rpm的转速搅拌10‑20 min，然后以300‑600rpm的转速搅拌10‑20 min；（1.4）根据乙烯基树脂和丙烯基树脂的用量比例，将步骤（1.3）所述的碳酸钙颗粒分散液分为对应比例的两份，然后分别加入相应的乙烯基树脂、丙烯基树脂，升温至80‑100℃，以30‑100rpm的转速搅拌20‑30 min，然后以300‑600rpm的转速搅拌20‑30 min，得到乙烯基树脂和碳酸钙混合料，以及丙烯基树脂和碳酸钙混合料；（1.5）将步骤（1.4）制备的乙烯基树脂和碳酸钙混合料，以及丙烯基树脂和碳酸钙混合料，分别放入造粒机造粒，控制进料口温度为60‑150℃，出料口温度为110‑220℃，重复此步骤2‑5遍，得到乙烯基树脂/碳酸钙母料和丙烯基树脂/碳酸钙母料；（2）乙烯基树脂/丙烯基树脂薄膜的制备采用微纳叠层共挤出成型设备，第一进料口加入步骤（1）得到的乙烯基树脂/碳酸钙母料，第二进料口加入步骤（1）得到的丙烯基树脂/碳酸钙母料，调节转速为10‑30 rpm，温度为80‑240℃，制备出乙烯基树脂/丙烯基树脂薄膜，交替叠加的层数为4‑2048，薄膜厚度范围为0.1‑50 µm；（3）熔融拉伸处理（3.1）在未冷却前，对步骤（2）所得到的乙烯基树脂/丙烯基树脂薄膜沿挤出方向进行拉伸，伸长率为150%‑300%；室温冷却后裁剪为50‑300 cm2的样条；（3.2）将步骤（3.1）得到的样条放入烘箱恒温20‑40℃ 干燥10‑20 h；（3.3）将步骤（3.2）干燥后的样条用拉力机恒温20‑40℃拉伸，拉伸强度为40‑60 N，拉伸速度为40‑60 cm/h；当伸长率为原样条长度的3‑7倍时，停止拉伸，取下样条；（4）酸处理（4.1）配置质量分数为10%‑30%的酸溶液1000 mL；（4.2）称取20‑60 g经步骤（3）处理的乙烯基树脂/丙烯基树脂薄膜浸入如步骤（4.1）所述的酸溶液中；（4.3）放入超声池超声20‑100 h，恒温20‑30℃；（4.4）更换上述酸溶液，再次放入超声池超声处理20‑100 h，恒温20‑30℃；（4.5）将刻蚀后的乙烯基树脂/丙烯基树脂薄膜先后浸泡于去离子水和乙醇溶液中，各超声处理1‑5 h；（4.6）将经步骤（4.5）处理的乙烯基树脂/丙烯基树脂薄膜取出，置于恒温烘箱中50‑70℃下干燥24‑72 h。