[發明專利]一種鋰離子電池隔膜母料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210545730.0
• 申請日: 2012-12-15
• 公開（公告）號: CN103059375A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 曾鈁;巫曉鑫;趙建青;吳水珠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08K9/04;C08K5/14;C08K3/22;C09C1/40;C09C3/08;H01M2/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池隔膜材料，具體涉及一種鋰離子電池隔膜母料及其制備方法；該鋰離子電池隔膜母料可用于制造性能優良的鋰離子電池隔膜。

背景技術

鋰離子電池隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，主要作用是使電池的正、負極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。因此隔膜的性能很大程度上決定了電池的容量、內阻及循環性能，對提高電池的綜合性能具有重要意義。目前商業化的鋰離子電池隔膜主要是聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴材料，這是因為聚烯烴化合物能在較合理的成本范圍內能提供良好的機械強度和耐熱性能，并且在高溫下還具備熱關閉性能，從而提高了鋰離子電池隔膜的安全性能。

采用高密度聚乙烯作為鋰電池隔膜原料，其缺點在于：1、隔膜的熔融溫度較低，當溫度上升到它們的軟化溫度和熔融溫度時，隔膜就會發生熱收縮和熔化。為改善隔膜的熱收縮性和提升熱安全性能，目前采用較多的改性方法是薄膜表面接枝耐熱基團、添加耐熱涂層、薄膜材料交聯。2、隔膜親水性能差，由此導致隔膜的電解液浸潤性能差，聚乙烯由于其分子結構特性表現出低極性和疏水性，對電解質的親和性較差，提高隔膜電解液浸潤性，有利于提升鋰離子電池的離子導電性和充放電循環性能。目前針對電解液浸潤性、親水性改善的研究主要是采用等離子處理、紫外光照射、化學接枝等手段在隔膜表面接枝親水性基團。

如何提高鋰離子電池隔膜的熔融溫度及對電解液的浸潤性，是提升鋰離子電池的安全性能和導電循環性能重要環節，同時也是鋰離子電池制造行業需要解決的重要課題和技術難題。

例如，中國發明專利CN101735470A公開了一種利用聚丙烯薄膜輻射接枝改性制備鋰離子電池隔膜的方法，通過輻射接枝改性，接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯，得到改性聚丙烯電池隔膜。該隔膜在鋰離子電池中進行恒流充放電測試表明具有良好的電化學性能。此發明采用輻射法雖能較好地使聚丙烯發生接枝反應，但是一次性投資費用大，操作和維護技術復雜，運行中安全防護問題也比較苛刻。此外，在聚丙烯表面接枝極性酯基，可在一定程度上改善聚丙烯薄膜的電解液浸潤性，但對聚丙烯薄膜的熔融溫度沒有改善作用。

中國發明專利CN101271965A公開了一種鋰離子電池隔膜，其成份包括高分子量聚烯烴、引發劑、有機物增粘劑和納米級無機填料。利用高分子量聚烯烴上接枝共聚親水單體，所述的高分子量聚烯烴和親水單體的質量比例為5～16。此發明所涉及的鋰離子電池隔膜雖然具有良好的親水性能，但是熔融溫度沒有得到提高，耐熱性能沒得到加強，同時成膜過程復雜，不易于提升工廠生產效率和隔膜的安全性能。

發明內容

本發明的目的是針對傳統高密度聚乙烯鋰離子電池隔膜的耐熱性能差(熔融溫度偏低)、電解液浸潤性差的缺點，提供一種耐熱性能好，電解液浸潤好的鋰離子電池隔膜母料，該母料可直接用于鋰離子電池隔膜的生產，避免了生產鋰離子電池隔膜選用普通原料帶來的繁瑣步驟。

本發明的另一目的在于提供上述鋰離子電池隔膜母料的制備方法。

本發明的目的可通過如下措施來實現：

一種鋰離子電池隔膜母料：按重量份數計，該鋰離子電池隔膜母料由60～90份的高密度聚乙烯、0.1～0.5份的交聯劑、9.9～39.5份的親水改性三氧化二鋁納米粉體組成；

所述的高密度聚乙烯的密度為0.95～0.96，平均分子量為200000-500000；

所述交聯劑為叔丁基過氧化氫；

所述的親水改性三氧化二鋁由如下步驟制備：

(1)將等質量的粒徑為50nm～200nm的三氧化二鋁納米粉體和丁二酸酐加入溶劑二氯甲烷中，室溫攪拌；過濾、除去溶劑，用蒸餾水洗滌過濾所得固體，在真空烘箱中在60C～80C下烘干，得到羧基化的三氧化二鋁；

(2)將等當量的[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氫氧化銨和乙二胺溶于甲醇中，在40C～60C下攪拌，然后減壓旋轉蒸發除去溶劑，所得產物用乙醚洗滌，在真空烘箱中在30C～40C下烘干，得到氨基化甜菜堿；

(3)將等質量的羧基化三氧化二鋁粉體和氨基化甜菜堿溶于二氯甲烷溶劑中，加入4-二甲氨基吡啶和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽作為催化劑，在25C-30C下攪拌，然后減壓條件下旋轉蒸發除去溶劑，用乙醇洗滌過濾得到的粉體，在真空烘箱中在65C～80C下烘干，得到親水改性三氧化二鋁納米粉體；所述4-二甲氨基吡啶和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽用量分別為羧基化三氧化二鋁粉體質量的1/5-1/15。