一种应用于锂电池隔膜的复合膜材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于锂电池隔膜的复合膜材料的制备方法，主要包括：将聚酯多元醇、乙二醇、丁酮和甲苯二异氰酸酯在60～80℃，在N

【技术实现步骤摘要】
一种应用于锂电池隔膜的复合膜材料的制备方法
本专利技术属于膜材料制备领域，具体涉及一种应用于锂电池隔膜的复合膜材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池由于具有功率密度高、自放电率低、无记忆效应和放电电压稳定等优点已逐渐成为研究的热点。隔膜材料作为电池的主要组成部分，对实际电池性能有着至关重要的影响。电池隔膜必须是电子的非良导体但也要允许电解质离子通过，并具备良好的化学、电化学稳定性对电解液保持高度浸润性，同时必须具有一定的机械性能从而能够承受电池组装过程中的高张力。目前，商业化锂离子电池隔膜大都采用聚烯烃高聚物拉伸成孔制得，但该方法制得的隔膜孔隙率和吸液率较低，不能满足较大电流充放电的需要。水性聚氨酯是以水作为分散介质的新型PU体系，又称水分散聚氨酯、水基聚氨酯或者水洗聚氨酯。水性聚氨酯以水作为溶剂，有着安全可靠、无污染、相容性较好等优点，是良好的电子绝缘体。将水性聚氨酯利用流延成膜法制备成的薄膜相比较聚烯烃隔膜材料，有着优异的热稳定性、绿色环保、相容性较好、不易燃烧等特点，有望成为新型锂离子电池隔膜材料。但该种薄膜在力学性能等方面有所欠佳。EVOH是一种由乙烯和醋酸乙烯共聚、醇解得到的一种链状结构的结晶性聚合物，EVOH的结构决定了其具有聚乙烯的透气性和聚乙烯醇的亲液性双重优点，同时具有优良的化学，电化学稳定性，机械强度高，伸缩性好等特点。高压静电纺丝技术是近年来兴起的一种制备纳米纤维膜的重要方法，其原理是通过施加电场来拉伸聚合物溶液，经过细化与溶剂挥发后得到聚合物超细纤维。其制得的纤维直径在纳米和微米之间，纤维堆积而成的层状膜有密度小、比表面积大、孔隙率高、离子电导率高等特点，可以克服现有工艺制备的聚烯烃类隔膜材料孔隙率低、吸液率少、浸润性能差的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用于锂电池隔膜的复合膜材料的制备方法，本专利技术采用静电纺丝技术，制备出一种应用于锂离子电池隔膜的水性聚氨酯/EVOH纳米纤维复合膜材料，该复合膜材料具有稳定性好，热尺寸收缩率小，拉伸强度大，吸液率高等优点。其技术方案如下：将聚酯多元醇、乙二醇、丁酮和甲苯二异氰酸酯在N2保护条件下反应3～6h，得到预聚体；然后在预聚体中加入2,2-二羟甲基丙酸进行扩链；扩链完成后加入三乙胺进行中和，再加入水乳化，得到水性聚氨酯乳液；将聚乙烯-乙烯醇(EVOH)在强极性混合溶剂中溶解，配置成EVOH溶液；将水性聚氨酯乳液和EVOH溶液采用静电纺丝对喷的方法制备出所述复合膜材料。本专利技术制备方法具体包括如下步骤：S1：将聚酯多元醇和乙二醇先分别置于110℃的烘箱中加热干燥50min，然后将其取出冷却至40℃，以备下步使用。S2：将聚酯多元醇和乙二醇以质量比为50:1.1～1.6的比例加入到带有温度计、磁力搅拌器、回流冷凝管和N2保护的三颈瓶中，打开磁力搅拌器让其进行不间断的搅拌，然后加入丁酮，在45～60℃下反应10min，加入甲苯二异氰酸酯，将温度升至65～80℃，反应3h，得到预聚体。S3：将2,2-二羟甲基丙酸加入到预聚体中，在65～80℃下继续反应1h；然后将温度降至40～50℃，加入三乙胺中和，然后加去离子水或者蒸馏水高速搅拌1h进行乳化，得到水性聚氨酯乳液。S4：将EVOH(聚乙烯-乙烯醇)加入到强极性混合溶剂中，配置成质量浓度为10％～30％的EVOH溶液；其中所述强极性混合溶剂由A和B两种物质组成，A为N,N-二甲基甲酰胺，B为乙腈、甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯中的一种，并且A和B的体积比为10:1～3。S5：将水性聚氨酯乳液和EVOH溶液分别加入到对喷静电纺丝设备的两个注射泵中，置于收集轮两侧，其中水性聚氨酯乳液的纺丝电压为29kV，进射速率为0.18mL/h，距离为16cm；EVOH溶液的纺丝电压为28kV，进射速率为0.27mL/h，距离为19cm，采用以上参数进行纺丝得到纳米复合膜材料。优选的，所述聚酯多元醇为聚己二酸乙二醇酯二醇。优选的，上述步骤S2和S3中，加入丁酮、甲苯二异氰酸酯、2,2-二羟甲基丙酸、三乙胺和去离子水或蒸馏水的量应该和聚酯多元醇成一定比例。更优选的，上述步骤S2中加入聚酯多元醇和丁酮的重量比为5:2.5～3.3。更优选的，上述步骤S2中加入聚酯多元醇和甲苯二异氰酸酯的重量比为1:0.4～0.45。更优选的，上述步骤S3中加入预聚体、2,2-二羟甲基丙酸、三乙胺和去离子水或蒸馏水的重量比为1:0.1～0.15:0.075～0.08:4。优选的，配置EVOH溶液所用强极性混合溶剂为N,N-二甲基甲酰胺/乙腈、N,N-二甲基甲酰胺/乙醇、N,N-二甲基甲酰胺/异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺/乙酸乙酯。优选的，配置EVOH溶液所用混合溶剂地体积比为10:1～2。优选的，配置EVOH溶液的浓度为10％～20％。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术所制备的复合膜是采用高压静电纺丝制备，制得的纤维直径在纳米和微米之间，纤维堆积的层状膜密度小，孔隙率高，膜的厚度均匀，具备高吸液率特点。(2)本专利技术所用的水性聚氨酯和EVOH溶液都具有较强的极性，两种液体通过静电纺丝制备的复合膜，能够很好地亲和，层状之间有较高的亲和力，使得整个膜层与层之间连接紧密。(3)利用EVOH溶液制得的薄膜有很好的吸液率，且水性聚氨酯薄膜在吸液率上也有优异的性能，通过本专利技术地制备方法制备的复合膜，兼具两种膜的优异性能，其吸液率达到381％。(4)本专利技术制备的纳米复合膜有效的克服了水性聚氨酯膜的拉伸强度差，力学性能差的特点，因为EVOH属于高分子树脂，通过复合之后弥补了水性聚氨酯膜该方面的缺点。(5)本专利技术制备的纳米复合膜，由于水性聚氨酯薄膜有着良好的热稳定性，因此该复合膜在160℃时，复合膜不会大面积的收缩，经测试仅为0.6％左右，具备了电子隔膜的要求。附图说明图1为本专利技术中使用的对喷静电纺丝设备示意图；图2为本专利技术实施例6所制备的复合膜材料的SEM图图谱；图3为本专利技术实施例6所制备的复合膜材料与对比例膜材料的吸液率图；图4为本专利技术实施例6所制备的复合膜材料与对比例膜材料的拉伸强度图；图5为本专利技术实施例6所制备的复合膜材料与对比例膜材料的热尺寸横向收缩率图；附图标记：1为接收辊、2为第一高压发生器、3为第二高压发生器、4为第一注射泵、5为第二注射泵。具体实施方式下面对本专利技术实施例作具体详细的说明，本实施例在本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1一种应用于锂电池隔膜的复合膜材料的制备方法，具体包括如下步骤：S1：将聚己二酸乙二醇酯二醇和乙二醇先分别置于110℃的烘箱中加热干燥50min，然后将其取出冷却至40℃，以备下步使用。S2：将聚己二酸乙二醇酯二醇和乙二醇以质量比为50:1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于锂电池隔膜的复合膜材料的制备方法，其特征在于，将聚酯多元醇、乙二醇、丁酮和甲苯二异氰酸酯在N

【技术特征摘要】
1.一种应用于锂电池隔膜的复合膜材料的制备方法，其特征在于，将聚酯多元醇、乙二醇、丁酮和甲苯二异氰酸酯在N2保护条件下反应3～6h，得到预聚体；然后在预聚体中加入2,2-二羟甲基丙酸进行扩链；扩链完成后加入三乙胺进行中和，再加入水乳化，得到水性聚氨酯乳液；将聚乙烯-乙烯醇(EVOH)在强极性混合溶剂中溶解，配置成EVOH溶液；将水性聚氨酯乳液和EVOH溶液采用静电纺丝对喷的方法制备出所述复合膜材料。


2.根据权利要求1所述的一种应用于锂电池隔膜的复合膜材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：
S1：将聚酯多元醇和乙二醇先分别置于110℃的烘箱中加热干燥50min，然后将其取出冷却至40℃，以备下步使用；
S2：将聚酯多元醇和乙二醇以质量比为50:1.1～1.6的比例加入到带有温度计、磁力搅拌器、回流冷凝管和N2保护的三颈瓶中，打开磁力搅拌器让其进行不间断的搅拌，然后加入丁酮，在45～60℃下反应10min，加入甲苯二异氰酸酯，将温度升至65～80℃，反应3h，得到预聚体；
S3：将2,2-二羟甲基丙酸加入到预聚体中，在65～80℃下继续反应1h；然后将温度降至40～50℃，加入三乙胺中和，然后加去离子水或者蒸馏水高速搅拌1h进行乳化，得到水性聚氨酯乳液；
S4：将EVOH加入到强极性混合溶剂中，配置成质量浓度为10％～30％的EVOH溶液；其中所述强极性混合溶剂由A和B两种物质组成，A为N,N-二甲基甲酰胺，B为乙腈、甲醇、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯中的一种，并且A和B的体积比为10:1～3；
S5：将水性聚氨酯乳液和EVOH溶液分别加入到对喷静电纺丝设备的两个注射泵中，置于收集轮两侧，其中水性聚氨酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建夫，
申请(专利权)人：陈建夫，
类型：发明
国别省市：浙江;33