[發(fā)明專利]一種鋰離子電池正負(fù)極隔膜用改性對(duì)位芳綸聚合物原液的生產(chǎn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710800004.1
• 申請(qǐng)日: 2017-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN107652430A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳迪;唐凱;于宏廣;劉震;孫宇;孫德衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司
• 主分類號(hào): C08G69/28
• 分類號(hào): C08G69/28;C08G69/32;H01M2/16
• 代理公司: 煙臺(tái)智宇知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙)37230
• 代理人: 趙文峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池和高分子材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池用正負(fù)極隔膜改性對(duì)位芳綸聚合物原液的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

作為一種清潔的二次能源，鋰離子電池因具有電壓高、能量大、無記憶效應(yīng)、可快速充放電等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車以及儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，是目前能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鋰離子電池主要由正負(fù)極、隔膜、電解液組成。其中隔膜處在正負(fù)極材料之間，因該薄膜具有大量曲折貫通的微孔，保證電解質(zhì)離子自由通過形成充放電回路，當(dāng)電池過度充電或溫度升高時(shí)，隔膜通過閉孔功能將電池的正負(fù)極分開，防止短路。從而達(dá)到阻隔電流傳導(dǎo)、防止電池過熱甚至爆炸的作用。隔膜的性能決定電池的內(nèi)阻和內(nèi)部界面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響電池的容量、充放電性能、循環(huán)性能和安全性能等，因此隔膜的品質(zhì)對(duì)鋰離子電池的綜合性能有著重要影響。

目前，商品化鋰離子電池隔膜主要是聚烯烴類微孔膜，如美國Celgard公司、日本旭化成公司等生產(chǎn)的聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯-聚丙烯復(fù)合膜等。聚烯烴微孔隔膜具有很好的電化學(xué)穩(wěn)定性能和適宜的機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)，但也存在諸多缺點(diǎn)：(1)電解液浸潤性能不好，保液能力差，限制了電池的離子電導(dǎo)率；(2)隔膜熱穩(wěn)定性能差，在溫度高于120℃時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯著的尺寸收縮，易導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生短路。這些不足在一定程度上限制了鋰離子電池的實(shí)際使用。因此，開發(fā)一種能夠制得離子電導(dǎo)率高、耐熱收縮性能好和安全性能高的鋰離子電池用隔膜聚合物顯得尤為重要。

對(duì)于芳綸而言，間位芳綸聚合物因溶于電解液而不易作為鋰離子電池隔膜材料；而對(duì)位芳綸聚合物因具有耐溶劑、耐熱等優(yōu)異的理化性質(zhì)而成為制作鋰離子電池隔膜優(yōu)先考慮的新材料。但對(duì)位芳綸聚合物的生產(chǎn)過程中發(fā)生相變，最終產(chǎn)品以固體顆粒形式存在，且僅僅溶于濃硫酸或苯磺酸等極少數(shù)強(qiáng)質(zhì)子酸，無法以流延法進(jìn)行后期加工，這成為對(duì)位芳綸聚合物材料應(yīng)用于鋰離子電池隔膜領(lǐng)域的最大障礙。本專利所述方法通過調(diào)變或引入第三單體對(duì)對(duì)位芳綸聚合物進(jìn)行共聚改性，在保留對(duì)位芳綸聚合物優(yōu)異理化性質(zhì)的前提下，使得改性后的對(duì)位芳綸聚合物具有良好的流動(dòng)性，利于加工成膜；且改性后的對(duì)位芳綸聚合物合成工藝簡單易行。

對(duì)位芳綸聚合物：對(duì)位芳綸聚合物的生產(chǎn)過程中發(fā)生相變。在雙螺桿終反應(yīng)階段，雙螺桿同時(shí)作為反應(yīng)器和擠出設(shè)備。在此階段，預(yù)聚液由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔囝w粒，逐漸從預(yù)聚液中析出，最終以固體顆粒形式存在。且該反應(yīng)為連續(xù)反應(yīng)，對(duì)設(shè)備要求較高。

改性對(duì)位芳綸聚合物：引入第三單體的目的是降低聚合物的結(jié)晶度，避免聚合反應(yīng)過程出現(xiàn)相變。根據(jù)該反應(yīng)特性，采用間歇式反應(yīng)釜：釜體內(nèi)襯夾套，因夾套內(nèi)通入介質(zhì)的不同而具有升溫及冷卻的能力；引入壓縮氮?dú)鈱?duì)活潑基團(tuán)進(jìn)行保護(hù)及移送；引入真空管對(duì)反應(yīng)后的原液進(jìn)行脫泡處理。與改性前的對(duì)位芳綸聚合物生產(chǎn)相比，該釜同時(shí)作為反應(yīng)釜及脫泡釜，簡化了生產(chǎn)工藝、降低了對(duì)設(shè)備的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

1)制備溶液：將單體A與單體B加入到反應(yīng)釜中，泵入溶劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱至30℃～80℃，攪拌至溶解，單體A與單體B的總摩爾濃度為0.30mol/L～0.60mol/L,單體A與單體B的摩爾比為1.00～2.33:1；

2)冷卻溶液：將步驟1）所制備的溶液邊攪拌邊降溫至-15℃～10℃；

3)加入單體C：在-15℃～10℃、攪拌條件下，向步驟2)冷卻溶液中加入與單體A、單體B之和等摩爾量的單體C；

4)制備鋰離子電池用正負(fù)極隔膜改性對(duì)位芳綸聚合物原液：在-15℃～10℃，攪拌條件下，反應(yīng)30min～45min，經(jīng)脫泡、冷卻至室溫，即得到鋰離子電池用正負(fù)極隔膜改性對(duì)位芳綸聚合物原液；

所述單體A為對(duì)苯二胺、鄰氯對(duì)苯二胺的一種或任意比例的兩種；

所述單體B為3,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯醚的一種或任意比例的兩種；

所述單體C為對(duì)苯二甲酰氯；

所述有機(jī)溶劑為N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）中的一種或任意比例的兩種。

所應(yīng)用鋰離子電池優(yōu)選為動(dòng)力鋰離子電池。

步驟4）反應(yīng)溫度為-8℃。

發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：

1）依照本專利所述方法生產(chǎn)的改性對(duì)位芳綸聚合物原液，在保留對(duì)位芳綸聚合物優(yōu)異的理化性質(zhì)的前提下，使得改性后的對(duì)位芳綸聚合物具有良好的流動(dòng)性，利于流延法加工成膜；且改性后的對(duì)位芳綸聚合物合成工藝簡單易行。