[發明專利]一種具有親水交聯表層的鋰離子電池隔膜及其制備方法有效

申請號：	201210281580.7	申請日：	2012-08-09
公開（公告）號：	CN102779965A	公開（公告）日：	2012-11-14
發明（設計）人：	蔣姍;徐丹;姚自力;楊茜;朱夢冰;俞強;邱圓鑫;丁永紅;朱威;張洪文	申請（專利權）人：	常州大學;江蘇聚科環保包裝材料科技有限公司
主分類號：	H01M2/16	分類號：	H01M2/16;C08J9/36;C08J9/42;C08J7/18
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種具有交聯表層鋰離子電池隔膜及其制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池隔膜及其制備方法，特別涉及一種表面具有親水交聯表層的聚烯烴微孔膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種新型化學電源體系，與傳統的鎳鎘或鎳氫電池相比，它具有高能量、長循環壽命、無記憶效應、快速充放電等優點，可用于手機、筆記本電腦、攝錄機等便攜式電子產品以及環保型電動汽車等所需的動力電源。電池隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，其主要作用是：（1）隔離電池的正、負極，使電池內部的電子不能自由穿過，防止短路；（2）允許電解液中的鋰離子通過隔膜的微孔道在正負極間自由傳輸，保證電池的電化學反應有序可逆地進行。電池隔膜的結構與性能直接影響到電池的容量、循環性能以及安全性能。

目前商品化鋰離子電池的隔膜大多為聚烯烴微孔膜，包括聚丙烯(PP)單層微孔膜、聚乙烯(PE)單層微孔膜、以及由PP和PE復合的多層微孔膜等。聚烯烴微孔膜具有高孔隙率、高抗撕裂強度、高抗酸堿能力、耐化學試劑、價格低廉等優點，但是由于聚烯烴材料的表面能低，具有很強的惰性和疏水性，導致聚烯烴微孔膜表面與電解液的親和性較差，不利于電解液在隔膜表面的充分潤濕，從而增加了鋰離子電池的內阻，影響電池的循環性能和充放電效率。

針對上述缺點，需要對聚烯烴微孔膜進行親水性改性。目前文獻報道的改性方法主要包括：

（1）基體樹脂共混法：將聚烯烴與親水性高分子聚合物共混，然后將共混物制成微孔膜。這種改性方法制備的聚烯烴微孔膜保留了聚烯烴的優良性能，也具有一定的親水性。該方法的實施關鍵是采用的親水性高分子聚合物能夠與聚烯烴具有很好的相容性，能夠形成共結晶，但是，這種共混法一方面將破壞微孔膜的孔徑分布均勻性，還將影響聚烯烴的結晶程度，降低隔膜的力學性能。

（2）表面改性法：表面改性分為物理方法和化學方法，物理方法是指通過電暈、紫外輻照、等離子體處理等方法在聚烯烴微孔膜表面產生極性基團，通過極性基團的吸附作用提高薄膜的表面親水性。但是物理方法對微孔膜表面親水性的改性效果是暫時的，隨著時間的延長會慢慢減弱并消失。化學方法是指通過化學接枝在微孔膜表面引入親水性強的單體或聚合物，從而使微孔膜表面具有永久的親水性。化學方法已經成為聚合物薄膜表面親水改性的常用方法，但是該方法用于聚烯烴微孔膜表面親水改性時，由于孔道尺寸極小（0.01~0.10μm），化學接枝后極易改變微孔膜的孔結構，使其孔隙率和透氣率下降，內阻增大，導致鋰離子電池的循環性能和充放電效率降低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：由于用現有技術表面改性聚烯烴微孔膜，易改變微孔膜的孔結構，導致孔徑分布不均勻，孔隙率和透氣率較低，增加了鋰離子電池的內阻，影響電池的循環性能和充放電效率。

為解決上述問題，本發明所采用的技術方案是：

本發明提供一種具有親水交聯表層的鋰離子電池隔膜，該隔膜由于在微孔膜表面形成了親水性交聯層，用于鋰離子電池可明顯改善電解液對隔膜的潤濕性以及隔膜在受熱條件下的尺寸穩定性，保證微孔膜具有較高的孔隙率和透過率，從而提高鋰離子電池的使用性能。

本發明還提供了一種以上所述的具有親水交聯表層的鋰離子電池隔膜制備方法，該方法可以在不明顯改變孔結構和孔徑分布的情況下在微孔膜表面形成親水交聯層。

該方法中所使用的微孔膜的填充保護劑為聚乙烯醇。

該方法的工藝步驟為：（1）聚烯烴微孔膜前期處理，具體分為3步：

a、將聚乙烯醇溶解于蒸餾水中，攪拌至聚乙烯醇完全溶解，得到無色澄清的聚乙烯醇水溶液；

作為優選：聚乙烯醇的聚合度為500~2000，醇解度為50~98%；

進一步地：聚乙烯醇的聚合度為600~1000，醇解度為70~90%；

作為優選：聚乙烯醇水溶液濃度為10~50%，粘度為10~70mPa.s；

進一步地：聚乙烯醇水溶液濃度為25~30%，粘度為30~40mPa.s；