[發明專利]高熱機械性能納米復合POSS-聚丙烯酸酯涂覆改性聚烯烴隔膜的凝膠電解質及制備方法

有效

• 申請號: 201710325499.7
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107221625B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 馬曉燕;楊凱淇;劉依;陳芳
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0565
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種高熱機械性能納米復合POSS?聚丙烯酸酯涂覆改性聚烯烴隔膜的凝膠電解質及制備方法，利用納米復合POSS?聚丙烯酸酯溶液為涂覆液，利用浸漬涂覆法對商業聚烯烴隔膜進行涂覆改性。其中涂覆液原料組份為：納米粒子0.3～0.8份，POSS?聚丙烯酸酯1～5份，聚合物基體10份，溶劑190份。本發明提出的浸漬涂覆法制備的凝膠聚合物電解質復合隔膜具有良好的熱穩定性、高的拉伸強度和斷裂伸長率、較高的吸液率，本發明的凝膠聚合物電解質復合隔膜能夠滿足作為鋰離子電池電解質隔膜對離子電導率的要求。

技術領域

本發明屬于凝膠聚合物電解質制備技術領域，涉及一種高熱機械性能納米復合POSS-聚丙烯酸酯改性聚烯烴凝膠電解質及其制備方法。

背景技術

隨著社會經濟與科學技術的飛速發展，能源危機及環境污染問題逐漸加劇，各國迫切希望利用大功率密度的動力新能源、儲能設備等代替當前化石能源應用于驅動交通工具或作為固定式儲能設備。鋰離子電池具有環保、能量密度高、充放電性能好、無記憶性等優點，被廣泛應用于日常各個領域。但是，鋰離子動力電池還存在續航歷程較短、長效穩定性較差等問題，難以大規模推廣應用；與此同時，不斷出現的鋰離子電池質量問題及安全事故，使得鋰離子電池的品質及安全性問題備受關注。隔膜作為鋰離子電池的重要組成部分，材料種類、隔膜組成與隔膜形貌等均會對電池性能產生影響。目前工業上常用的隔膜材料是聚烯烴類隔膜，但是聚烯烴隔膜在溫度達到 130℃或更高時會發生尺寸收縮、軟化甚至熔化現象，導致隔膜體積劇烈收縮引起內部短路，從而引發災難性的熱失控。因此，提高隔膜的熱尺寸穩定性和熱熔化溫度成為增加動力電池安全性的關鍵途徑。對商業聚烯烴隔膜進行改性來增強電池隔膜的熱穩定性和電解質綜合性能、提高動力電池安全性能便是一種行之有效的方法，也是當前該領域研究的熱點和難點之一。

浸漬涂覆工藝具有原材料適用廣泛、操作簡單可行、條件易于控制等特點常用以獲得改性復合隔膜，是當前制備改性復合隔膜、優化隔膜性能的較為有效的方法。目前浸漬涂覆法改性商業聚烯烴隔膜已有很多相關報道，許多研究者采用納米粒子復合聚合物來涂覆改性聚烯烴隔膜；但是會存在納米粒子分散不均甚至團聚、涂層與基膜的粘接性差等問題。另外，涂覆制備改性薄膜對隔膜的孔隙率可能造成影響，并有可能降低隔膜的導電性。籠型低聚倍半硅氧烷(POSS)是一類具有籠狀結構的有機-無機雜化納米材料，有機結構部分可以使其在聚合物中分子級別的分散，并與聚合物保持良好的界面作用；而無機Si-O-Si鍵組成的籠型核結構類似無機二氧化硅八面體籠形空腔結構，具有高的熱、機械穩定性和孔隙率，故可以用POSS聚合物來改性聚烯烴隔膜，以解決粒子分散性差、易團聚的問題，而且可以實現與基底膜界面的良好粘接；通過控制成膜過程的濕度，利用呼吸圖法所產生的微小水滴為模板，可以產生有序多孔結構，在一定程度上提高隔膜的孔隙率和吸液率，進而改善聚烯烴隔膜的熱穩定性和力學性能，并提高其電性能。累托石/氧化石墨烯/SiO₂等納米材料具有良好的熱、化學、力學穩定性及成本低廉的優勢，近年來被廣泛應用于隔膜的改性中?；谝陨峡紤]，我們結合POSS聚合物和納米材料的優勢，采用納米復合POSS聚合物為涂覆液，利用控制涂覆工藝濕度的方法涂覆改性商業聚烯烴隔膜，在保證電性能的前提下提高其熱穩定性和安全性能。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種高熱機械性能納米復合POSS-聚丙烯酸酯改性聚烯烴凝膠電解質及其制備方法，利用POSS-聚甲基丙烯酸酯 (POSS-(PMMA)₈、POSS-(PEMA)₈)和累托石、氧化石墨烯、SiO₂或它們的復合粒子作為改性劑，采用浸漬涂覆法在一定濕度下改性聚烯烴隔膜制備具有豐富多孔結構的凝膠聚合物電解質，提高其熱機械性能并保持良好的電性能。

技術方案

一種高熱機械性能納米復合POSS-聚丙烯酸酯涂覆改性聚烯烴隔膜的凝膠電解質，其特征在于組份為：納米粒子0.3～0.8份，POSS-聚丙烯酸酯為1～5份和聚合物基體10份。