一种基于氢氧化镁的电池隔膜及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及电池隔膜技术领域，具体是一种基于氢氧化镁的电池隔膜及其制备工艺，在锂离子电池隔膜的涂覆浆料中引入氢氧化镁纳米管，用COPNA树脂作为粘接剂，用2,2'

【技术实现步骤摘要】
一种基于氢氧化镁的电池隔膜及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及电池隔膜
，具体是一种基于氢氧化镁的电池隔膜及其制备工艺。

技术介绍

[0002]能源是人类生存发展的重要基石，随着传统化石燃料的枯竭，开发可再生清洁能源成为缓解能源危机的关键。锂离子电池作为一种二次电池，因具有轻巧、可充电、能量密度高等特点，已被广泛应用于电子设备、电动汽车、电能储存等领域。
[0003]锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间往返，实现充放电。其中位于正极和负极之间的锂离子隔膜主要起电绝缘作用，且为锂离子提供微孔通道。而锂离子电池隔膜的耐高温、耐穿刺、阻止锂枝晶渗透等性能，决定了锂离子电池的安全性和储能容量，是锂离子电池的核心部件。
[0004]目前市场流通的隔膜大多是聚烯烃隔膜，然而聚烯烃隔膜性能的优化面临着以下挑战：(1)聚烯烃隔膜的耐热性和热收缩率难以满足电池越来越高的安全性需求，如电动汽车用锂离子电池则要求隔膜在200℃下的收缩率低于5％，而常用的聚烯烃隔膜熔点较低、受热易收缩，会造成尺寸的不稳定性。(2)为保证锂离子电池的安全运行，锂离子电池隔膜需具备较好的拉伸强度和抗穿刺性能，而聚烯烃隔膜的力学强度难以消除锂枝晶穿刺风险，易引发电池短路风险。(3)现有常用的聚烯烃隔膜多为非极性材料，其与极性电解液、锂盐亲和性差，会造成隔膜的内阻大、离子电导率低，极大地限制锂离子电池性能的提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于氢氧化镁的电池隔膜及其制备工艺，以解决现有技术中的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于氢氧化镁的电池隔膜，包括基膜和涂覆层，以质量百分数计，所述涂覆层中原料组成为：10
‑
30％氢氧化镁纳米管、0
‑
0.6％分散剂、0.4
‑
0.7％增稠剂、0.5
‑
1％粘接剂、0.05
‑
0.2％润湿剂，余量为超纯水。
[0008]本专利技术在锂离子电池隔膜的涂覆浆料中引入氢氧化镁纳米管，在保持氢氧化镁纳米管本身的优异的阻燃性、吸液保液能力的同时，大幅提升隔膜的机械强度及热收缩性能；因为引入的氢氧化镁纳米管具有中空结构，极大地增加了材料的比表面积，在提高了锂离子电导率的同时也大幅提升了隔膜的吸液保液能力。
[0009]且引入氢氧化镁纳米管的结晶水受热分解吸热会形成的炭化层，在阻止氧气和热量的进入的同时会分解生成氧化镁，从而提升隔膜的耐高温和导热性能。
[0010]进一步的，分散剂为水解聚马来酸酐分散剂；增稠剂为羟甲基纤维素钠；粘接剂为COPNA树脂类粘接剂；润湿剂为硅醇类非离子表面活性剂。
[0011]进一步的，氢氧化镁纳米管的制备包括以下步骤：将亲水二氧化硅纳米线、硫酸镁
溶液混合搅拌70
‑
80min，超声分散4
‑
5h，升温65
‑
70℃，加入氨水至pH为8
‑
10停止反应，过滤、洗涤、干燥16h，控制真空干燥的真空度在0.08Mpa，然后加入氢氧化钠溶液中并保持4h，过滤、洗涤在75
‑
80℃下干燥10
‑
12h，干燥后即得氢氧化镁纳米管。
[0012]用COPNA树脂作为粘接剂，对COPNA树脂进行聚酰亚胺共聚改性，使COPNA树脂在高温下仍然保持粘结性的同时，改善电池隔膜的热膨胀系数，使其具有较低的介电常数，从而提升其抗热失控风险的能力。
[0013]用2,2'
‑
二烯丙基双酚A、聚砜先对萘酚基COPNA树脂进行改性，改善其增韧作用和低介电性能；然后用3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐、对苯二胺、2,2'
‑
二(三氟甲基)
‑
4,4'
‑
二氨基联苯制备共聚COPNA树脂，使其具有低膨胀、高耐热和高强高模的特点，满足隔膜的热性能要求。
[0014]进一步的，粘接剂为共聚COPNA树脂，制备包括以下步骤：
[0015](1)将1
‑
萘酚、苯甲醛、对甲苯磺酸、乙醇混合，搅拌至反应液出现“缠棒”现象时停止，得到萘酚基COPNA树脂；
[0016](2)将萘酚基COPNA树脂、正丁醇混合，在50℃保温60min，加入氢氧化镁粉末，降温至35
‑
40℃，加入2,2'
‑
二烯丙基双酚A、聚砜、N
‑
甲基吡咯烷酮，超声搅拌10
‑
20min，升温至140
‑
180℃保温1
‑
3h，得到预处理COPNA树脂；
[0017](3)在氮气保护下，将3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐、N
‑
甲基吡咯烷酮、去离子水混合，搅拌1
‑
2h，加入对苯二胺、2,2'
‑
二(三氟甲基)
‑
4,4'
‑
二氨基联苯、N
‑
甲基吡咯烷酮，保温22
‑
24h，加入预处理COPNA树脂，加热至溶解，保温20
‑
30min，固化，得到共聚COPNA树脂。
[0018]进一步的，萘酚基COPNA树脂、2,2'
‑
二烯丙基双酚A、聚砜的质量比为10：1：1。
[0019]进一步的，3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐、对苯二胺、2,2'
‑
二(三氟甲基)
‑
4,4'
‑
二氨基联苯、预处理COPNA树脂的质量比为1.67：0.49：0.36：1.1。
[0020]进一步的，一种基于氢氧化镁的电池隔膜的制备工艺，包括以下步骤：
[0021]S1：制备氢氧化镁纳米管；
[0022]S2：将分散剂、氢氧化镁纳米管、超纯水混合5
‑
25min，转速为250
‑
350rpm；加入增稠剂继续搅拌15
‑
55min，转速为250
‑
450rpm；加入粘接剂搅拌25
‑
55min，转速为350
‑
550rpm；加入润湿剂搅拌15
‑
35min，转速为350
‑
650rpm；过滤除铁，得到氢氧化镁纳米管涂覆浆料；
[0023]S3：采用微凹版辊涂布工艺，将S2中的氢氧化镁纳米管涂覆浆料分步辊涂于聚烯烃隔膜两侧，65
‑
70℃烘烤，收卷，得到一种基于氢氧化镁的电池隔膜。
[0024]对氢氧化镁纳米管进行改性处理，可以在未添加分散剂的情况下，提高氢氧化镁纳米管在涂覆浆料中分散的均匀性，使隔膜均质化。
[0025]进一步的，对氢氧化镁纳米管进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氢氧化镁的电池隔膜，其特征在于，包括基膜和涂覆层，以质量百分数计，所述涂覆层中原料组成为：10
‑
30％氢氧化镁纳米管、0
‑
0.6％分散剂、0.4
‑
0.7％增稠剂、0.5
‑
1％粘接剂、0.05
‑
0.2％润湿剂，余量为超纯水。2.根据权利要求1所述的一种基于氢氧化镁的电池隔膜，其特征在于，所述分散剂为水解聚马来酸酐分散剂；所述增稠剂为羟甲基纤维素钠；所述粘接剂为COPNA树脂类粘接剂；所述润湿剂为硅醇类非离子表面活性剂。3.根据权利要求1所述的一种基于氢氧化镁的电池隔膜，其特征在于，所述氢氧化镁纳米管的制备包括以下步骤：将亲水二氧化硅纳米线、硫酸镁溶液混合搅拌70
‑
80min，超声分散4
‑
5h，升温65
‑
70℃，加入氨水至pH为8
‑
10停止反应，过滤、洗涤、干燥16h，加入氢氧化钠溶液中并保持4h，过滤、洗涤在75
‑
80℃下干燥10
‑
12h，干燥后即得氢氧化镁纳米管。4.根据权利要求1所述的一种基于氢氧化镁的电池隔膜，其特征在于，所述粘接剂为共聚COPNA树脂，制备包括以下步骤：(1)将1
‑
萘酚、苯甲醛、对甲苯磺酸、乙醇混合，搅拌至反应液出现“缠棒”现象时停止，得到萘酚基COPNA树脂；(2)将萘酚基COPNA树脂、正丁醇混合，在50℃保温60min，加入氢氧化镁粉末，降温至35
‑
40℃，加入2,2'
‑
二烯丙基双酚A、聚砜、N
‑
甲基吡咯烷酮，超声搅拌10
‑
20min，升温至140
‑
180℃保温1
‑
3h，得到预处理COPNA树脂；(3)在氮气保护下，将3,3',4,4'
‑
联苯四甲酸二酐、N
‑
甲基吡咯烷酮、去离子水混合，搅拌1
‑
2h，加入对苯二胺、2,2'
‑
二(三氟甲基)
‑
4,4'
‑
二氨基联苯、N
‑
甲基吡咯烷酮，保温22
‑
24h，加入预处理COPNA树脂，加热至溶解，保温20
‑
30min，固化，得到共聚COPNA树脂。5.根据权利要求4所述的一种基于氢氧化镁的电池隔膜，其特征在于，萘酚基COPNA树脂、2,2'
‑
二烯丙基双酚A、聚砜的质量比为10：1：1。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：李帆，张立斌，赵海玉，沈亚定，
申请(专利权)人：江苏厚生新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：