[發(fā)明專利]交聯(lián)聚苯乙烯微球填充的復(fù)合多曲孔膜材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510587050.9
• 申請(qǐng)日: 2015-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN105070871A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯豪情;李春根;周剛勇;熊天柔;馮艷;朱麗;周松智
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M2/16
• 分類號(hào): H01M2/16;H01M2/14;H01G11/52;H01G11/84
• 代理公司: 北京兆君聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11333
• 代理人: 劉俊玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池隔膜領(lǐng)域，涉及一種多孔膜材料，具體涉及一種含有CPS-NP的復(fù)合多曲孔膜材料，及其制備方法和作為電池隔膜的應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為新能源汽車的動(dòng)力電池得到了迅速發(fā)展，將成為人類不可缺少的生活用品。但由于目前使用的鋰電池隔膜屬于耐溫性能較差的聚烯烴類多孔膜材料，在較高溫度下，或在電池過充過放及機(jī)械損傷的情況下，鋰離子電池容易出現(xiàn)冒煙、著火、甚至爆炸等危及使用者安全的隱患。因此，提高鋰離子電池的安全性是推廣鋰離子電池在汽車動(dòng)力等領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。

針對(duì)鋰電池的使用安全性，人們利用PI材料的高耐熱性，開發(fā)了一種高孔隙率的電紡PI納米纖維電池隔膜。這種高孔隙率PI納米纖維隔膜在300℃高溫下不收縮，并具有耐過充過放、高倍率性能和高循環(huán)性能等特點(diǎn)，使鋰離子電池的電化學(xué)性能得到了大幅度提高。然而，由于這種電紡納米纖維隔膜是一種由纖維堆積的非織造布，具有過高的孔隙率和過大的表面孔徑，導(dǎo)致電池的荷電保持率較低，常出現(xiàn)微短路現(xiàn)象，尤其是當(dāng)電池隔膜厚度較低時(shí)，如低于30微米，這種情況出現(xiàn)的幾率相當(dāng)高。因此，非常有必要?jiǎng)?chuàng)造一種新的具有較低孔隙率和較小表面孔徑的耐高溫高安全鋰離子電池隔膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于：提供一種具有較低孔隙率和較小表面孔徑的耐溫高安全的多曲孔膜材料。

本發(fā)明的目的之二在于：提供制備所述的多曲孔膜材料的方法。

本發(fā)明的目的之三在于：提供所述的多曲孔膜材料在電池隔膜中的應(yīng)用。

本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

首先，提供一種納米復(fù)合多曲孔膜材料，它以聚酰亞胺(PI)納米纖維非織造布為基材，基材孔隙中填充有交聯(lián)聚苯乙烯納米微球(CPS-NP)；所述的CPS-NP，其直徑在50-200nm之間，熔融溫度高于300℃，占納米復(fù)合多曲孔膜材料總重量的20-60％；所述的PI納米纖維非織造布是厚度在9-38μm之間、孔隙率在60-80％之間、纖維直徑在0.5μm以下的電紡PI納米纖維非織造布。

本發(fā)明優(yōu)選的方案中，所述的納米復(fù)合多曲孔膜材料，其孔隙率在30-50％之間，表面平均孔徑在50-300nm之間，厚度在10-40μm之間。

本發(fā)明優(yōu)選的納米復(fù)合多曲孔膜材料，優(yōu)選通過用含有10-20％wt所述CPS-NP的水基懸浮液涂布或浸漬PI納米纖維非織造布，使懸浮液滲透填滿PI納米纖維非織造布的孔隙，再經(jīng)100-200℃高溫烘干制得。

所述的水基懸浮液，按重量百分比計(jì)，由45-75％的含25-40％所述CPS-NP的乳液、1-5％的粘合劑、0.1-1％的分散劑和余量的水混合制備而成。

所述的粘合劑優(yōu)選聚丙烯酸酯類粘合劑，更優(yōu)選丙烯酸丁酯-丙烯酸異辛酯共聚物。

所述的分散劑優(yōu)選聚丙烯酸銨。

所述的水基懸浮液的絕對(duì)粘度優(yōu)選為15～25mPa·S，優(yōu)選為17～22mPa·S。

在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種制備所述的納米復(fù)合多曲孔膜材料的方法，是以低粘度的含所述CPS-NP的水基懸浮液和電紡PI納米纖維非織造布為原材料，通過表面涂敷滲透或浸漬涂敷滲透的方法，將所述的CPS-NP填進(jìn)電紡PI納米纖維非織造布的孔隙中，在較低溫度烘干后，升溫至較高溫度使粘合劑在CPS-NP間及顆粒與PI納米纖維間進(jìn)行粘合。

本發(fā)明優(yōu)選的制備所述的納米復(fù)合多曲孔膜材料的方法，具體包括以下步驟：

1)配制水基懸浮液：

按重量百分比計(jì)，將45-75％的含25-40％所述交聯(lián)聚苯乙烯納米微球的乳液、0.1％-1.0％的分散劑、1.0-5.0％的粘合劑和余量的水混合后在4000-6000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下乳化，形成絕對(duì)粘度在15-25mPa·S的、所述CPS-NP的含量在10-20％wt的水基懸浮液；

2)填充納米顆粒：

將步驟1)配制的水基懸浮液在水平板上鋪平形成一定厚度的懸浮液膜，然后將所述的電紡PI納米纖維非織造布覆蓋在所述的懸浮液膜上，懸浮液滲進(jìn)電紡PI納米纖維非織造布中，待納米纖維布上層濕透，揭起電紡PI納米纖維非織造布；

3)干燥粘結(jié)成型

將步驟2)得到的電紡PI納米纖維非織造布先在80～100℃下熱烘8～12min，再升溫至180～200℃熱處理3～6min,使CPS-NP間以及它們與PI納米纖維間因粘合劑的熔融而充分粘結(jié)形成所述的納米復(fù)合多曲孔膜材料。