一种高性能锂离子电池隔膜及制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，涉及锂离子隔膜技术领域，具体是一种高性能锂离子电池隔膜及制备方法，隔膜按重量份数计，由以下各组分组成，100份聚丙烯、10～50份超高分子量聚丙烯、1～5份助剂、0.1～5份成核剂和1～10份长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶，其中长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶是由常规的二氧化硅气凝胶制备方法中采用长链烷基二甲基氯硅烷和3‑(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基氯硅烷共同作为修饰剂。本发明专利技术的高性能锂离子电池隔膜具有较低的密度、较高的耐热性、在电解液中稳定性好、对电解液润湿性较好、较高的穿刺强度，综合性能优良。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能锂离子电池隔膜及制备方法
本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种锂离子电池隔膜及制备方法。
技术介绍
在环境污染越来严重的今天，锂电池已经成为新能源的一个主要品种，在很多的产品上进行应用。锂电池的结构中，隔膜式关键的内层组件之一，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。随着对锂电池的要求越来越高，对隔膜的要求也越来越高，因此出现了一系列的改进产品。二氧化硅气凝胶是一种新型的微纳米材料，其95％以上的体积都是空气，具有密度低、导热系数低、耐热性好、高孔隙率、高比表面积等特点。CN106450116A公开了制备含二氧化硅气凝胶的浆料，再将浆料涂覆于聚烯烃隔膜表面，获得疏水性气凝胶复合隔膜，提高了隔膜的耐热性、润湿性和电化学性能。但是由于该方法存在二氧化硅气凝胶易脱落的问题，导致隔膜性能失效或影响锂电池的性能。CN108285148A公开了一种基于水羟硅钠石-二氧化硅气凝胶的锂电池隔膜增强材料的制备方法，在丙烯聚合时加入水羟硅钠石-二氧化硅气凝胶，获得水羟硅钠石-二氧化硅气凝胶分散在聚丙烯隔膜基体的复合隔膜。但是该方法存在获得的复合隔膜性能调节不够灵活、隔膜性能不够强的缺点。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于克服现有技术缺陷，提供一种高性能锂离子电池隔膜。本专利技术的另一个目的在于提供一种高性能锂离子电池隔膜的制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种高性能锂离子电池隔膜，按重量份数计，由以下各组分组成，100份聚丙烯、10～50份超高分子量聚丙烯、1～5份助剂、0.1～5份成核剂和1～10份长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶；所述聚丙烯的平均分子量不低于20万；优选的，聚丙烯的平均分子量不低于40万；优选的，聚丙烯为均聚丙烯，等规度≥97％。所述超高分子量聚丙烯的平均分子量不低于600万。所述长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶为粉末状固体，颗粒不超过10μm，更优选的，颗粒不超过5μm。优选的，由以下各组分组成，100份聚丙烯、13～40份超高分子量聚丙烯、1.5～4份助剂、0.5～3份成核剂和3～8份长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶；优选的，所述助剂选自抗老化剂、开口剂、润滑剂、耐撕裂剂和抗静电剂中的至少一种。优选的，所述成核剂为β成核剂。更优选的，β成核剂为金属盐与二元羧酸的复合物、稠环化合物、芳香胺类化合物和稀土类化合物中的至少一种。优选的，所述长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶按如下方法制备：硅源和醇类溶剂混合，加入去离子水混合均匀，搅拌下加入酸调节pH为2.5～4.0进行水解，再加入碱调节pH为9.5～12.0进行缩合，获得凝胶，所述凝胶经过老化、无水乙醇置换，浸泡入含长链烷基二甲基氯硅烷和3-(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基氯硅烷溶液中进行修饰0.5～5小时，取出，超临界干燥或冷冻干燥，获得所述长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶。更优选的，所述硅源选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硅酸钠和多聚硅氧烷中的至少一种。醇类溶剂可以选自甲醇、无水乙醇或异丙醇。更优选的，所述长链烷基二甲基氯硅烷选自正十二烷基二甲基氯硅烷、正十四烷基二甲基氯硅烷、正十六烷基二甲基氯硅烷、正十八烷基二甲基氯硅烷、正二十烷基二甲基氯硅烷、正二十二烷基二甲基氯硅烷和正二十四烷基二甲基氯硅烷中的至少一种。更优选的，所述含长链烷基二甲基氯硅烷和3-(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基氯硅烷溶液中长链烷基二甲基氯硅烷的浓度为10～100g/L。更优选的，所述含长链烷基二甲基氯硅烷和3-(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基氯硅烷溶液中3-(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基氯硅烷的浓度为10～100g/L。含长链烷基二甲基氯硅烷和3-(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基氯硅烷溶液的溶剂可以选自无水乙醇、正己烷、环己烷、正庚烷、异丙醇等。一种上述任一实施方案所述的高性能锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤，S1、按配方准确称取各原料成分，取一半重量的聚丙烯、超高分子量聚丙烯和长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶，混合，采用造粒机造粒，获得母粒；S2、将步骤S1中获得的母粒、剩余的聚丙烯、助剂和成核剂混合均匀，挤出机熔融塑化、流延成膜、热处理、双向轴向拉伸，获得所述隔膜。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的隔膜组分中长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶和聚丙烯具有较好的相容性，提高了二氧化硅气凝胶和聚丙烯的相互作用，因此获得的隔膜耐热性好、在电解液中的性能稳定性好。(2)长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶中的酯基基团和电解液极性相似，提高了隔膜对电解液的润湿性和吸液性。(3)二氧化硅气凝胶密度低、孔隙率高，可以降低锂离子电池隔膜的密度，提高锂离子电池隔膜的孔隙率。降低锂离子电池隔膜的密度有利于降低锂离子电池质量，提高锂离子电池的质量能量密度。(4)二氧化硅气凝胶分散在聚丙烯隔膜中，二氧化硅气凝胶作为固体成分，可以更加有效的抵抗外部的穿刺，提高穿刺强度。提高锂离子电池隔膜的穿刺强度，可以降低锂离子电池隔膜厚度，实现更薄的锂离子电池，提高锂离子电池的体积能量密度。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。如无特别指明，以下实施方案中的份数都为重量份数。实施例11份正硅酸甲酯和5份甲醇混合，加入3份去离子水混合均匀，搅拌下加入草酸调节pH为2.5进行水解，再加入氨水调节pH为9.5进行缩合，获得凝胶，所述凝胶经过老化、无水乙醇置换，浸泡入正十二烷基二甲基氯硅烷浓度为10g/L和3-(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基氯硅烷浓度为10g/L的溶液中进行修饰5小时，取出，超临界二氧化碳干燥，获得正十二烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶。取50份聚丙烯、10份超高分子量聚丙烯和1份正十二烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶，混合，采用造粒机造粒，获得母粒；将上述获得的母粒、50份聚丙烯、1份抗老化剂、1份润滑剂和0.3份β成核剂混合均匀，挤出机180～210℃熔融塑化、流延成膜、130℃热处理，按纵向2.5倍率轴向拉伸、横向3.8倍率轴向拉伸，获得锂离子电池隔膜1。实施例21份正硅酸乙酯和8份无水乙醇混合，加入4份去离子水混合均匀，搅拌下加入草酸调节pH为2.5进行水解，再加入氨水调节pH为9.5进行缩合，获得凝胶，所述凝胶经过老化、无水乙醇置换，浸泡入正十四烷基二甲基氯硅烷浓度为40g/L和3-(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基氯硅烷浓度为30g/L的溶液中进行修饰3小时，取出，超临界二氧化碳干燥，获得正十四烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶。取50份聚丙烯、15份超高分子量聚丙烯和3份正十四烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶，混合，采用造粒机造粒，获得母粒；将上述获得的母粒、50份聚丙烯、1份抗老化剂、1份润滑剂、1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能锂离子电池隔膜，其特征在于，按重量份数计，由以下各组分组成，100份聚丙烯、10～50份超高分子量聚丙烯、1～5份助剂、0.1～5份成核剂和1～10份长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶；/n所述聚丙烯的平均分子量不低于20万；/n所述超高分子量聚丙烯的平均分子量不低于600万。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能锂离子电池隔膜，其特征在于，按重量份数计，由以下各组分组成，100份聚丙烯、10～50份超高分子量聚丙烯、1～5份助剂、0.1～5份成核剂和1～10份长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶；
所述聚丙烯的平均分子量不低于20万；
所述超高分子量聚丙烯的平均分子量不低于600万。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，由以下各组分组成，100份聚丙烯、13～40份超高分子量聚丙烯、1.5～4份助剂、0.5～3份成核剂和3～8份长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶。


3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述助剂选自抗老化剂、开口剂、润滑剂、耐撕裂剂和抗静电剂中的至少一种。


4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述成核剂为β成核剂。


5.根据权利要求1或2所述的锂离子电池隔膜，其特征在于，所述长链烷基/酯基共改性二氧化硅气凝胶按如下方法制备：硅源和醇类溶剂混合，加入去离子水混合均匀，搅拌下加入酸调节pH为2.5～4.0进行水解，再加入碱调节pH为9.5～12.0进行缩合，获得凝胶，所述凝胶经过老化、无水乙醇置换，浸泡入含长链烷基二甲基氯硅烷和3-(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基氯硅烷溶液中进行修饰0.5～5小时，取出，超临界干燥或冷冻干燥，获得所述长链烷基/酯基共改性二氧化硅气...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹亚琼，
申请(专利权)人：曹亚琼，
类型：发明
国别省市：河南;41