[發明專利]微波-接枝處理的無機粉體制備涂覆高聚物隔膜的方法

在審

• 申請號: 201811564465.4
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109713195A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 童慶松;馬莎莎;張雪勤;席強;劉燦培;朱德欽;童君開
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明涉及微波?接枝處理的無機粉體制備涂覆高聚物隔膜的方法，其特征在于制備步驟如下：將接枝無機粉體、聚乙烯吡咯烷酮、羥丙基甲基纖維素混合，置于微波下制得反應產物。在重量在2～150g范圍的反應產物中加入250ml水，超聲波振蕩，制得均勻的膠狀液體。將膠狀液體涂覆在高聚物膜的表面上，于60～90℃溫度區間的任意溫度真空干燥1～48h，制得涂覆高聚物隔膜。本發明通過羥丙基甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮和接枝無機粉體間的相互作用，改善隔膜的吸液保液能力、耐高溫性能，同時也增加了隔膜與涂覆層及隔膜與正極的粘結性能，減少了隔膜在電池體系的阻抗，從而改善電池的電化學性能及安全性能。

技術領域

本發明涉及微波-接枝處理的無機粉體制備涂覆高聚物隔膜的方法，具體涉及一種可用于鋰電池、鋰離子電池、聚合物電池和超級電容器的涂覆高聚物隔膜的制備方法，屬于電池隔膜制備的技術領域。

技術背景

鋰離子電池由正極、負極、電解液、隔膜、電池殼等部件組成。作為鋰離子電池的重要組成部分之一，隔膜的性能備受關注。隔膜的主要功能是分隔正極和負極，避免其電子短路。隔膜同時為鋰離子在正、負極間移動提供通道。在電池體系中，隔膜要求不與電池體系的電解液等反應。隔膜質量的優劣直接影響鋰離子電池的放電容量、循環壽命和安全性。

鋰離子電池的隔膜應該具備以下特性：（1）厚度均勻適中，能兼顧隔膜的機械性能和電池內阻；（2）良好的透過性和微孔均勻性；（3）較強的吸液保液能力；（4）良好的化學穩定性和電化學穩定性；（5）安全性高、熱自閉孔性能好。

為了改善電池的安全性，在三元動力電池體系中已廣泛采用涂覆隔膜。不過，制備涂覆隔膜時，通常在涂覆隔膜基礎的基膜表面涂覆油性粘結劑。這種方法可以改善隔膜的性能。不過，目前市場上陶瓷隔膜常出現涂覆層厚度不均勻，陶瓷顆粒分布不均勻及掉粉等問題，引起陶瓷隔膜在長期循環中性能下降等問題。在利用油相體系制備涂覆隔膜的過程中，有機溶劑蒸發容易引起火災，能耗較高。

關于本發明中的HPMC和PVP，前人研究的情況是：傅婧等在不同濃度KOH溶液中通過共混反應制備出聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮（PVA/PVP）堿性聚合物電解質膜。研究表明，在堿性聚合物電解質膜中，PVP可明顯改善電解質膜的離子傳導率和熱穩定性。不過，這種復合膜的機械性能較差（傅婧等，聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮堿性復合膜的制備及其性能[J]. 物理化學學報, 2010, 26(10): 2653-2658.）。本發明將HPMC、PVP和接枝無機粉體共混。將共混產物涂覆在高聚物膜上，制備涂覆高聚物隔膜。在這種涂覆高聚物隔膜中，PVP為非離子型高分子化合物，PVP中的羰基能與接枝無機粉體表面的基團成鍵，改善結合力。同時，表面活性劑PVP可改善無機粉體的表面能，改善涂覆漿料與非極性高聚物膜及電解液體系中極性添加劑的相容性。本發明的制備工藝綠色，操作簡單。在制備的涂覆高聚物膜中，涂覆層與高聚物間粘結力強，對電解液中極性添加劑的浸潤性和吸液能力強，且在生產制備過程中綠色環保，適合于工業生產使用。

發明內容

本發明所采用的技術方案由以下步驟組成：

將接枝無機粉體、聚乙烯吡咯烷酮、羥丙基甲基纖維素按照重量比（0.2～30）：（1～30）：（1～30）混合，置于微波下處理1s～50s，制得反應產物。稱量2～150g范圍的反應產物，加入250ml水，超聲波振蕩混合，制得均勻的膠狀液體。將膠狀液體涂覆在高聚物膜的表面上，于60～90℃溫度區間的任意溫度真空干燥1～48h，制得涂覆高聚物隔膜。

所述的無機粉體是AlPO₄、Al₂O₃、Al(OH)₃、B₂O₃、CaF₂、MgO、SiO₂、CaO或CaCO₃。