一种有机-无机复合锂电池隔膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机‑无机复合锂电池隔膜的制备方法，属于新能源电池材料技术领域。本发明专利技术先将海泡石机械粉碎后，过筛，再将海泡石粉、水和茶皂素混合后，水热反应，过滤，得预处理海泡石，再将预处理海泡石分散于无水乙醇中后，依次加入氯化亚砜、尿素和增塑剂，加热搅拌反应，得改性海泡石分散液；随后将海藻酸钠和水混合溶胀后，加热搅拌溶解，再加入高碘酸钠，加热搅拌反应，得改性海藻酸钠分散液；再将其与纤维素分散液，改性海泡石分散液等原料搅拌形成均相溶液，将均相溶液热压成平板膜后，冷却，拉伸，干燥，揭膜，即得有机‑无机复合锂电池隔膜。本发明专利技术所得有机‑无机复合锂电池隔膜具有优异的力学性能和热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种有机-无机复合锂电池隔膜的制备方法
本专利技术公开了一种有机-无机复合锂电池隔膜的制备方法，属于新能源电池材料

技术介绍
锂离子电池已广泛应用于3C产品（指计算机、通信、消费类电子产品）常用的移动电源。近年来，由于雾霾问题日益严重，对环境保护的要求越来越高，以及政府加快了新能源汽车发展的相关政策的引导，因此增加了对新能源汽车的需求。据汽车工业协会统计，2016年5月，生产新能源汽车3.7万辆，销售3.5万辆，与去年同期相比，分别增长131.3%和128.0%。其中，纯电动汽车产、销量为2.9，2.6万辆，分别增长了177.0%，161.6%，而且还将继续保持高速增长的态势。在新能源汽车市场需求的推动下，需要加快动力锂电池的发展及进一步提升其性能，而作为锂电池关键材料的隔膜性能也需要大幅提升。因此，动力锂电池隔膜的改性研究备受关注。锂离子电池隔膜的作用是将电池的正负极隔开，防止正负极接触而造成短路，允许离子通过而不让电子通过，从而完成在充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。目前，锂离子电池隔膜的生产工艺主要有干法单向拉伸、干法双向拉伸和湿法工艺，产品主要是单层聚乙烯（PE）隔膜、单层聚丙烯（PP）隔膜、双层PP/PE隔膜、双层PP/PP隔膜、三层PP/PE/PP复合隔膜。汽车动力锂电池使用的隔膜材料以三层PP/PE/PP复合隔膜、双层PP/PE隔膜为主。目前传统的锂电池隔膜还存在力学性能和热稳定性不佳的问题，因此还需对其进行研究。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对传统锂电池隔膜力学性能和热稳定性不佳的问题，提供了一种有机-无机复合锂电池隔膜的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：（1）将海泡石机械粉碎后，过筛，得海泡石粉，按重量份数计，依次取30～40份海泡石粉，100～200份水，8～10份茶皂素，10～20份盐酸，混合后，水热反应4～6h，过滤，得预处理海泡石；（2）按重量份数计，依次取30～40份预处理海泡石，80～120份无水乙醇，8～10份氯化亚砜，2～4份尿素，3～5份增塑剂，先将预处理海泡石超声分散于无水乙醇中，再加入氯化亚砜、尿素和增塑剂，加热搅拌反应，得改性海泡石分散液；（3）按重量份数计，依次取30～45份海藻酸钠，200～250份水，8～10份高碘酸钠，先将海藻酸钠和水混合溶胀后，加热搅拌溶解，再加入高碘酸钠，加热搅拌反应，得改性海藻酸钠分散液；（4）按重量份数计，依次取60～80份纤维素分散液，30～40份改性海泡石分散液，50～60份改性海藻酸钠分散液，2～6份聚丙烯酸锌，4～6份消泡剂，于温度为120～130℃条件下搅拌形成均相溶液；（5）将均相溶液于温度为160～180℃条件下热压成厚度为8～18μm的平板膜，冷却后对平板膜进行拉伸，再经干燥，揭膜，即得有机-无机复合锂电池隔膜。步骤（1）所述过筛为过325目筛。步骤（2）所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁苄酯中任意一种。步骤（4）所述纤维素分散液配置过程为：将纤维素钠和水按质量比为1：10～1：12混合后，加热超声分散，得纤维素分散液。步骤（4）所述消泡剂为乳化硅油，聚二甲基硅氧烷或聚氧乙烯氧丙醇胺醚中的任意一种。本专利技术的有益效果是：（1）对于传统采用有机树脂、无机粒子和稀释剂热压拉伸制备得到的锂电池隔膜而言，其产品虽然孔隙率容易控制且高温稳定性好，但是有机树脂与无机粒子之间的结合力不佳，产品力学性能不足，且有机树脂亲水性较差，导致产品的持液率不高，本申请基于该不足，将纤维素分散液、改性海泡石分散液和改性海藻酸钠分散液为主要有效成分，实现了产品中有机-无机粒子的有机结合，使产品力学性能得到提升的同时，热稳定性进一步提高，且产品的持液率得到有效提高；（2）本专利技术在海藻酸钠改性过程中，先对其进行机械粉碎，机械粉碎容易导致海泡石结构中产生较多的缺陷结构，从而有利于在拉伸过程中，形成孔隙，另外，海泡石为链层状硅酸盐，在预处理过程中，在茶皂素良好的表面活性以及盐酸作用下，其层间距得以拓宽，且使其层间结构中的金属离子和氢离子发生离子交换，形成较多的活性硅羟基，在后续改性过程中，氯化亚砜可与茶皂素分子结构中的羧基反应，形成酰氯，酰氯基具有较高的反应活性，可在海泡石、茶皂素、尿素和增塑剂之间形成共价键合，使四者形成有机整体，一方面，有利于海泡石的良好分散，另一方面，有利于海泡石和纤维素及海藻酸钠之间形成化学键合，从而使产品力学性能得到有效提高，再者，增塑剂的有效固定，可避免在加工和使用过程中增塑剂的流失，使产品力学性能的稳定性得以提升；（3）本专利技术采用改性海藻酸钠和纤维素配合，在高碘酸钠作用下，海藻酸钠分子结构中部分羟基转换为醛基，其分子结构中的醛基在产品后续加工过程中，与纤维素分子结构中的羟基发生羟醛缩合，形成半缩醛结构，半缩醛结构的形成进一步提升了产品的热稳定性能，并将体系中的无机粒子有效固定在半缩醛结构中，使产品力学性能得到进一步提升。具体实施方式将海泡石倒入粉碎机中，机械粉碎后，过325目筛，得海泡石粉，再按重量份数计，依次取30～40份海泡石粉，100～200份水，8～10份茶皂素，10～20份盐酸，混合倒入水热釜中，于温度为170～180℃，压力为1.2～1.6MPa条件下，水热反应4～6h后，过滤，得预处理海泡石；按重量份数计，依次取30～40份预处理海泡石，80～120份无水乙醇，8～10份氯化亚砜，2～4份尿素，3～5份增塑剂，先将预处理海泡石和无水乙醇混合倒入1号烧杯中，并将1号烧杯移入超声分散仪，于超声频率为45～60kHz条件下，超声分散45～60min后，再将1号烧杯中物料倒入反应釜中，并向反应釜中依次加入入氯化亚砜、尿素和增塑剂，随后于温度为75～80℃，转速为400～800r/min条件下，加热搅拌反应4～6h，得改性海泡石分散液；按重量份数计，依次取30～45份海藻酸钠，200～250份水，8～10份高碘酸钠，先将海藻酸钠和水倒入2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10～20min后，于室温条件下静置溶胀4～6h，再将2号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为65～75℃，转速为400～600r/min条件下，加热搅拌溶解1～3h，再于恒温搅拌状态下，向2号烧杯中加入高碘酸钠，继续加热搅拌反应2～3h，得改性海藻酸钠分散液；将纤维素钠和水按质量比为1：10～1：12混合后，于温度为65～80℃，超声频率为55～60kHz条件下，加热超声分散45～60min，得纤维素分散液；按重量份数计，依次取60～80份纤维素分散液，30～40份改性海泡石分散液，50～60份改性海藻酸钠分散液，2～6份聚丙烯酸锌，4～6份消泡剂，于转速为300～600r/min，温度为120～130℃条件下搅拌形成均相溶液，再将均相溶液于温度为160～180℃条件下热压成厚度为8～18μm的平板膜，并向平板膜表面喷洒液氮冷却至室温，再将冷却后的平板膜进行拉伸，控制拉伸后平板膜厚度为0.8～1.9μm，再将拉伸后的平板膜置于烘箱中，真空干燥至恒重，揭膜，即得有机-无机复合锂电池隔膜。所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯，邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁苄酯中任意一种。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机‑无机复合锂电池隔膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为；（1）将海泡石机械粉碎后，过筛，得海泡石粉，按重量份数计，依次取30～40份海泡石粉，100～200份水，8～10份茶皂素，10～20份盐酸，混合后，水热反应4～6h，过滤，得预处理海泡石；（2）按重量份数计，依次取30～40份预处理海泡石，80～120份无水乙醇，8～10份氯化亚砜，2～4份尿素，3～5份增塑剂，先将预处理海泡石超声分散于无水乙醇中，再加入氯化亚砜、尿素和增塑剂，加热搅拌反应，得改性海泡石分散液；（3）按重量份数计，依次取30～45份海藻酸钠，200～250份水，8～10份高碘酸钠，先将海藻酸钠和水混合溶胀后，加热搅拌溶解，再加入高碘酸钠，加热搅拌反应，得改性海藻酸钠分散液；（4）按重量份数计，依次取60～80份纤维素分散液，30～40份改性海泡石分散液，50～60份改性海藻酸钠分散液，2～6份聚丙烯酸锌，4～6份消泡剂，于温度为120～130℃条件下搅拌形成均相溶液；（5）将均相溶液于温度为160～180℃条件下热压成厚度为8～18μm的平板膜，冷却后对平板膜进行拉伸，再经干燥，揭膜，即得有机‑无机复合锂电池隔膜。...

【技术特征摘要】
1.一种有机-无机复合锂电池隔膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为；（1）将海泡石机械粉碎后，过筛，得海泡石粉，按重量份数计，依次取30～40份海泡石粉，100～200份水，8～10份茶皂素，10～20份盐酸，混合后，水热反应4～6h，过滤，得预处理海泡石；（2）按重量份数计，依次取30～40份预处理海泡石，80～120份无水乙醇，8～10份氯化亚砜，2～4份尿素，3～5份增塑剂，先将预处理海泡石超声分散于无水乙醇中，再加入氯化亚砜、尿素和增塑剂，加热搅拌反应，得改性海泡石分散液；（3）按重量份数计，依次取30～45份海藻酸钠，200～250份水，8～10份高碘酸钠，先将海藻酸钠和水混合溶胀后，加热搅拌溶解，再加入高碘酸钠，加热搅拌反应，得改性海藻酸钠分散液；（4）按重量份数计，依次取60～80份纤维素分散液，30～40份改性海泡石分散液，50～60份改性海藻酸钠分散液，2～6份聚丙烯酸锌，4～6份消泡剂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘菊花，许永博，朱东东，
申请(专利权)人：佛山腾鲤新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44