一种锂离子电池隔膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池隔膜的制备方法，包括如下制备步骤：将软单体、硬单体、功能单体、乳化剂混合均匀得到含有乳化剂的单体混合液，加入引发剂和去离子水进行聚合形成凝胶，再往凝胶中加入纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化锆、吐温80，形成溶胶凝胶；将溶胶凝胶均匀涂布在无纺布表面；烘干即可。本发明专利技术的有益效果为：由该制备方法制造的锂离子电池隔膜使有机物的柔性和无机物良好的热稳定性和机械性得以结合。在电池充放电过程中，即使聚乙烯发生熔化，无机氧化物仍然能够保持隔膜的完整性，防止大面积正/负极短路现象的出现，从而具有良好的高温稳定性。

Preparation method of lithium ion battery separator

The invention discloses a preparation method of a lithium ion battery separator, which comprises the following steps: the preparation of soft monomer, functional monomer, emulsifier mixed uniformly to obtain a monomer mixture containing emulsifier, initiator and polymerization of deionized water to form a gel to gel adding nano alumina Magnesium Oxide, Zinc Oxide, and nano nano nano nano titanium oxide, zirconium oxide, Twain 80, the formation of sol gel; sol gel will be uniformly coated on the non-woven surface; drying. The beneficial effect of the invention is that the lithium ion battery separator made by the preparation method combines the flexibility of the organic substance with the inorganic substance, the good thermal stability and the mechanical property. In the battery charge and discharge process, even if the polyethylene melt, the integrity of the inorganic oxide can still keep the diaphragm, to prevent the emergence of a large area of positive / negative short-circuit phenomenon, which has good thermal stability.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池隔膜的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，特别涉及一种锂离子电池隔膜的制备方法。
技术介绍
锂离子电池被成功研发以来，它就因具有工作电压高、能量密度大、低污染、无记忆效应等优异性能，被广泛应用于手机、便携式电脑、照相机、摄像机等电子产品领域中。近年来，一些新兴领域如混合动力汽车、电动车、航模等对锂离子电池提出了更高的要求。由于锂离子电池具有潜在的爆炸危险，尤其在大功率型锂离子电池使用中，它的使用安全性受到更加严峻的挑战，如何获得使用安全性能高的锂离子电池是人们研究的重点。电池隔膜是锂离子电池中至关重要的一个组成部分。隔膜的主要作用是隔开电池的正、负极，防止两极接触而短路，同时隔膜中具有大量曲折贯通的微孔，可以为锂离子电池中的离子通过提供通道。当电池在过度放电或者温度升高的情况下，隔膜能够限制电流的升高，防止电池短路的出现；同时温度升高到一定程度后，隔膜微孔闭合，阻碍温度的进一步升高，保护电池及设备的安全。目前市场化的锂离子电池隔膜主要是以聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜，包括单层PE、单层PP、三层PP/PE/PP复合膜。聚烯烃隔膜具有强度高、耐酸碱腐蚀、无毒性等优点，能较好的满足小功率型锂离子电池的需要。但是，大功率型锂离子电池由于其放电功率大、产生热量高，隔膜容易被高温熔融，从而使电池正负极通过电解液相互连接，导致电池出现短路现象而大量放电，使其具有产生爆炸的危险。因此，开发出高温使用安全性较好同时又满足电池隔膜力学和电学性能的电池隔膜将具有非常重要的意义。公开号为CN103682218A的中国专利公开了一种有机-无机复合锂离子电池隔膜及其制备方法。该锂离子电池隔膜通过将无机粒子和有机树脂进行复合，增强微孔贯通性和高温稳定性，热收缩率远小于单纯有机隔膜的热收缩率。基于此，本专利技术人也希望进一步开发有机-无机复合的锂离子电池隔膜，希望能够提供一种能够制备出具有良好的高温热稳定性的锂离子电池隔膜的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池隔膜的制备方法。采用该制备方法制备的锂离子电池隔膜具有良好的高温稳定性。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种锂离子电池隔膜的制备方法，包括如下制备步骤：Step1：将软单体、硬单体、功能单体、乳化剂混合均匀得到含有乳化剂的单体混合液；Step2：加入去离子水，加热至78-82℃时，加入引发剂中的30wt％～50wt％，搅拌5分钟，直接滴加含有乳化剂的单体混合液，滴加时间2～5h；在滴加含有乳化剂的单体混合液30分钟后，滴加余下的引发剂，滴加时间2～5h，控制反应温度70～90℃，保温0.5～1h；Step3：保温结束后，降温至60℃加入叔丁基过氧化氢、甲醛合次硫酸氢钠，继续反应0.5h，降温至45℃时调节乳液pH值为6～8，即得凝胶；Step4：往凝胶中加入纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化锆，形成溶胶凝胶；Step5：将溶胶凝胶均匀涂布在无纺布表面；Step6：烘干即可；按照重量比，软单体∶硬单体∶功能单体∶乳化剂∶去离子水∶引发剂＝10-40∶10-40∶1-10∶1-5∶40-60∶0.1-3；按照重量比：凝胶∶纳米氧化铝∶纳米氧化镁∶纳米氧化锌∶纳米氧化钛∶纳米氧化锆＝12-18∶0.1-0.5∶0.3-0.6∶0.8-1.2∶0.5-1.5∶0.5-0.8。通过采用上述技术方案，纳米氧化铝具有良好的氧气屏蔽性能。纳米氧化镁有高度耐火绝缘性能。纳米氧化锌具有良好的紫外线屏蔽能力。纳米氧化钛是一种白色无机颜料，具有无毒、最佳的不透明性、最佳白度和光亮度，粘附力强，不易起化学变化，有较好的紫外线掩蔽作用。纳米氧化钛中的Ti-O键的极性较大，导致纳米氧化钛表面吸附的水因极化而发生解离，容易形成羟基。纳米氧化锆化学性质稳定。选用多种纳米无机氧化物，并利用聚丙烯酸类凝胶将多种纳米无机氧化物进行均匀分散并涂布在无纺布表面，从而实现无机物和有机物的复合，使有机物的柔性和无机物良好的热稳定性和机械性得以结合。本专利技术进一步设置为：所述Step4中还加入吐温80，按照重量比，所述凝胶∶吐温80＝12-18∶1-3。通过采用上述技术方案，吐温80的加入能够增加隔膜被电解液完全浸润的性能。本专利技术进一步设置为：所述软单体选用丙烯酸丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯中的一种。通过采用上述技术方案，丙烯酸丁酯和丙烯酸-2-乙基己酯的玻璃化温度都较低，从而能够增强隔膜的柔韧性和延伸性。本专利技术进一步设置为：所述硬单体选用甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯中的一种。通过采用上述技术方案，甲基丙烯酸甲酯的α-位有甲基存在，干扰了碳-碳主链的旋转运动，故聚甲基丙烯酸酯的玻璃化温度较高，脆化温度和拉伸强度也较大。苯乙烯的玻璃化温度也较高。甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯能够增强隔膜的硬度和拉伸强度。本专利技术进一步设置为：所述功能单体选用丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯中的一种。通过采用上述技术方案，丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟乙酯是制备聚丙烯酸类化合物的常用原料，价格低廉易得，便于降低生产成本。本专利技术进一步设置为：所述乳化剂选用烯丙氧基氧乙烯醚硫酸铵、烯丙氧基聚氧乙烯醚、烯丙氧基壬基苯酚聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙氧基壬基苯酚聚氧乙烯醚中的一种。通过采用上述技术方案，烯丙氧基氧乙烯醚硫酸铵、烯丙氧基聚氧乙烯醚、烯丙氧基壬基苯酚聚氧乙烯醚硫酸铵、烯丙氧基壬基苯酚聚氧乙烯醚均为常用的乳化剂，价格低廉易得，便于降低生产成本。本专利技术进一步设置为：所述引发剂选用过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。通过采用上述技术方案，过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵都属于过硫酸盐引发剂。过硫酸盐引发剂在水中有较大的溶解度，能够在本专利技术体系下引发聚合反应形成凝胶。而过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵作为常用的引发剂，价格低廉易得，便于降低生产成本。本专利技术进一步设置为：Step3中加入氨水调节乳液pH值。通过采用上述技术方案，相比于氢氧化钠、氢氧化钾溶液，同等摩尔浓度下，氨水的碱性较小，因此可以更精确地调节pH。本专利技术进一步设置为：所述Step5中的溶胶凝胶厚度为3-4μm。通过采用上述技术方案，溶胶凝胶厚度过大，导致隔膜厚度过大，隔膜透气率会变差。溶胶凝胶厚度过小，导致隔膜厚度过小，安全性会变差。因此将溶胶凝胶的厚度控制在3-4μm，能够平衡隔膜的安全性和透气率两方面的性能。本专利技术进一步设置为：所述Step6烘干温度为230-250℃。通过采用上述技术方案，烘干温度过低时，烘干时间过长，烘干温度过高时，会对隔膜的各组分产生影响，影响隔膜的性能。将烘干温度控制在230-250℃时，能够平衡烘干时间和隔膜的性能。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：1、选用多种纳米无机氧化物，并利用聚丙烯酸类凝胶将多种纳米无机氧化物进行均匀分散并涂布在无纺布表面，从而实现无机物和有机物的复合，使有机物的柔性和无机物良好的热稳定性和机械性得以结合。在电池充放电过程中，即使聚乙烯发生熔化，无机氧化物仍然能够保持隔膜的完整性，防止大面积正/负极短路现象的出现，从而增强高温热稳定性；2、本专利技术人意外发现，吐温80的加入能够增加本专利技术的电解液完全浸润性能和耐高温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征是：包括如下制备步骤：Step1：将软单体、硬单体、功能单体、乳化剂混合均匀得到含有乳化剂的单体混合液；Step2：加入去离子水，加热至78‑82℃时，加入引发剂中的30wt％～50wt％，搅拌5分钟，直接滴加含有乳化剂的单体混合液，滴加时间2～5h；在滴加含有乳化剂的单体混合液30分钟后，滴加余下的引发剂，滴加时间2～5h，控制反应温度70～90℃，保温0.5～1h；Step3：保温结束后，降温至60℃加入叔丁基过氧化氢、甲醛合次硫酸氢钠，继续反应0.5h，降温至45℃时调节乳液pH值为6～8，即得凝胶；Step4：往凝胶中加入纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化锆，形成溶胶凝胶；Step5：将溶胶凝胶均匀涂布在无纺布表面；Step6：烘干即可；按照重量比，软单体：硬单体：功能单体：乳化剂：去离子水：引发剂=10‑40:10‑40:1‑10:1‑5:40‑60:0.1‑3；按照重量比，凝胶：纳米氧化铝：纳米氧化镁：纳米氧化锌：纳米氧化钛：纳米氧化锆=12‑18:0.1‑0.5:0.3‑0.6:0.8‑1.2:0.5‑1.5:0.5‑0.8。...

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征是：包括如下制备步骤：Step1：将软单体、硬单体、功能单体、乳化剂混合均匀得到含有乳化剂的单体混合液；Step2：加入去离子水，加热至78-82℃时，加入引发剂中的30wt％～50wt％，搅拌5分钟，直接滴加含有乳化剂的单体混合液，滴加时间2～5h；在滴加含有乳化剂的单体混合液30分钟后，滴加余下的引发剂，滴加时间2～5h，控制反应温度70～90℃，保温0.5～1h；Step3：保温结束后，降温至60℃加入叔丁基过氧化氢、甲醛合次硫酸氢钠，继续反应0.5h，降温至45℃时调节乳液pH值为6～8，即得凝胶；Step4：往凝胶中加入纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化锆，形成溶胶凝胶；Step5：将溶胶凝胶均匀涂布在无纺布表面；Step6：烘干即可；按照重量比，软单体：硬单体：功能单体：乳化剂：去离子水：引发剂=10-40:10-40:1-10:1-5:40-60:0.1-3；按照重量比，凝胶：纳米氧化铝：纳米氧化镁：纳米氧化锌：纳米氧化钛：纳米氧化锆=12-18:0.1-0.5:0.3-0.6:0.8-1.2:0.5-1.5:0.5-0.8。2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴清国，
申请(专利权)人：吴清国，
类型：发明
国别省市：美国,US