一种水系碱金属离子电池隔膜的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池隔膜制造的技术领域，具体涉及一种水系碱金属离子电池隔膜的制备方法，电池隔膜包括芯层和表层，芯层的上下表面均设有表层，制备方法包括原料改性、三层共挤、流延铸片、热处理结晶、拉伸处理和冷却退火等步骤，芯层和表层的原料均选用聚丙烯，对聚丙烯原料并添加亲水改性剂，分别对芯层原料和表层原料进行共混改性，来制备亲水改性电池隔膜，本发明专利技术工艺简单，不需要繁琐的后处理步骤，利于大规模生产。亲水改性剂能同时覆盖材料的内部与表面，不会引起材料原结构的破坏，制造出的电池隔膜亲水性强，透水性强，接触角小，浸润性好，永久亲水，稳定性好，满足水系碱金属电池的使用要求。金属电池的使用要求。金属电池的使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种水系碱金属离子电池隔膜的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池隔膜制造的
，具体涉及一种水系碱金属离子电池隔膜的制备方法。

技术介绍

[0002]传统的碱金属离子电池如锂离子电池使用有机溶剂作为电解液，例如碳酸丙烯酯(PC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸甲酯(DMC)等等，溶质为LiPF6或LiC104。有机溶剂是锂离子电池电解液的重要组成部分，承担着溶解锂盐的重要作用。它对锂盐的溶解度、电解液的电导率、电池的循环效率、可逆容量、安全性等有重要影响。这类电解液的优点是提供了高电压及高能量密度，缺点是非水环境导致成品锂离子电池价格昂贵，此外有机溶剂的电导率低，限制了电池输出功率，同时有机溶剂对环境有着潜在的危害。
[0003]水系碱金属电池主要包括水系锂离子电池、水系钠离子电池以及水系钾离子电池等，使用了价格低廉且不可燃的水溶液作为电解液，主要优点有：(1)安全性能高；相较于有机系电解液，水系电解液具有不可燃烧性，安全性极高。(2)成本低；水系电池不需要严格控制水和氧气的生产条件，而且水作为溶剂，成本很低。(3)倍率性能更好；水系电解液的离子电导率比有机电解液的离子电导率高1到2个数量级，可以实现更高的充放电倍率。
[0004]目前使用最广泛的二次电池是锂离子电池，使用的隔膜为聚烯烃隔膜，聚烯烃隔膜是为了有机体系而设计的。常见用于制作聚烯烃隔膜的原料为聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)，聚丙烯及聚乙烯是疏水材料，在水性体系使用时，会出现亲水性差的问题，导致电解液对隔膜润湿能力差，隔膜的润湿性不好会增加电池的电阻，影响电池的循环性能和充放电效率。隔膜亲水性差还会使得隔膜吸液能力变差，使得吸液率降低，会导致电池的界面电阻增加，降低了水性碱金属离子电池的性能。基于此，需制备一种亲水性好的隔膜，应用于水性体系，提高水系碱金属离子电池的性能。
[0005]现有水系二次碱金属电池隔膜，主要是使用亲水的原料或者对聚烯烃材料进行接枝改性，改善隔膜亲水性能。但上述方法存在的问题主要有，工艺复杂，亲水时间短暂，稳定性差，存在杂质污染，亲水作用容易失效等问题，无法大量推广。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种水系碱金属离子电池隔膜的制备方法，通过对原材料进行亲水改性，使得隔膜具备较好的润湿性能，改善隔膜的吸液性能，从而提高水系碱金属电池的循环性能和充放电效率，提高水系碱金属电池的性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是提供一种水系碱金属离子电池隔膜的制备方法，电池隔膜包括芯层和表层，所述芯层的上下表面均设有所述表层，制备方法包括如下步骤：
[0008]原料改性，所述芯层和所述表层的原料均选用聚丙烯，对聚丙烯原料并添加亲水改性剂，分别对所述芯层原料和表层原料进行共混改性；
[0009]三层共挤，使用两台挤出机分别将上述两个层的共混原料在加热状态下熔融挤出形成熔体，然后将熔体注入三层共挤模头进行融合，挤出形成具有表层、芯层和表层的三层复合结构的高温熔体；
[0010]流延铸片，将上述三层复合结构的高温熔体进行流延铸片，制备出三层共挤亲水改性聚丙烯薄膜；
[0011]热处理结晶，对所述三层共挤亲水改性聚丙烯薄膜进行热处理结晶，使薄膜结晶完善；
[0012]拉伸处理，将上述热处理结晶冷却后的所述三层共挤亲水改性聚丙烯薄膜先进行冷态拉伸，然后再进行热态拉伸；
[0013]冷却退火，将所述三层共挤亲水改性聚丙烯薄膜进行冷却退火，得到最终成品。
[0014]进一步地，在所述原料改性步骤中，所述亲水改性剂为PVP
‑
K60和巴斯夫HL560中的一种或两种混合。
[0015]进一步地，所述亲水改性剂为PVP
‑
K60和巴斯夫HL560两者的混合物，在混合有所述亲水改性剂的原料中，PVP
‑
K60添加的重量比例为0.1％，巴斯夫HL560添加的重量比例为0.3％。
[0016]进一步地，在所述原料改性的步骤中，使用高速混合机对原料和亲水改性剂进行高速混合，转速为100
‑
500r/min。
[0017]进一步地，在所述三层共挤步骤中，使用两台长径比L/D≥34的单螺杆挤出机分别将上述两个层的共混原料在160
‑
230℃下熔融挤出形成熔体，然后将熔体注入三层共挤模头。
[0018]进一步地，在所述流延铸片步骤中，在60
‑
110℃下进行流延，流延速度为50
‑
120m/min。
[0019]进一步地，在所述流延铸片步骤中，铸片后的薄膜进一步经过牵引、在线测厚、表面瑕疵检测合格后收卷。
[0020]进一步地，在所述热处理结晶步骤中，热处理条件为120
‑
140℃，处理时间为8
‑
10小时。
[0021]进一步地，在所述拉伸处理步骤中，所述冷态拉伸温度为60
‑
100℃，冷态拉伸的速比为1.0
‑
1.5，所述热态拉伸温度为110
‑
140℃，速比为2.1
‑
3.0。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]1、本专利技术预先通过亲水改性剂对原料进行熔融共混改性，制备亲水改性原料，通过三层共挤工艺，制备水系碱金属离子电池隔膜。本专利技术工艺简单，不需要繁琐的后处理步骤，利于大规模生产。亲水改性剂能同时覆盖材料的内部与表面，不会引起材料原结构的破坏，制造出的电池隔膜亲水性强，透水性强，接触角小，浸润性好，永久亲水，稳定性好，满足水系碱金属电池的使用要求。
[0024]2、亲水改性剂为PVP
‑
K60和巴斯夫HL560两者的混合物，在混合有所述亲水改性剂的原料中，PVP
‑
K60添加的重量比例为0.1％，巴斯夫HL560添加的重量比例为0.3％。采用上述的材料比例制造出的亲水改性聚丙烯薄膜，接触角由未改性聚丙烯薄膜切片的100
°
减小至改性后的48
°
，通过测其接触角的方法评价改性前后原料的亲水性，通过上述比例的亲水改性剂共混改性，使聚丙烯薄膜具有了良好的亲水性。
[0025]3、通过高速混合机的高速的剪切分散作用，使得加有亲水改性剂的材料混合均匀，可以有效改善材料的亲水效果好，改性后的亲水效果持久。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术实施例1提供的一种水系碱金属离子电池隔膜制备方法的流程图。
具体实施方式
[0028]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系碱金属离子电池隔膜的制备方法，电池隔膜包括芯层和表层，所述芯层的上下表面均设有所述表层，其特征在于，制备方法包括如下步骤：原料改性，所述芯层和所述表层的原料均选用聚丙烯，对聚丙烯原料并添加亲水改性剂，分别对所述芯层原料和表层原料进行共混改性；三层共挤，使用两台挤出机分别将上述两个层的共混原料在加热状态下熔融挤出形成熔体，然后将熔体注入三层共挤模头进行融合，挤出形成具有表层、芯层和表层的三层复合结构的高温熔体；流延铸片，将上述三层复合结构的高温熔体进行流延铸片，制备出三层共挤亲水改性聚丙烯薄膜；热处理结晶，对所述三层共挤亲水改性聚丙烯薄膜进行热处理结晶，使薄膜结晶完善；拉伸处理，将上述热处理结晶冷却后的所述三层共挤亲水改性聚丙烯薄膜先进行冷态拉伸，然后再进行热态拉伸；冷却退火，将所述三层共挤亲水改性聚丙烯薄膜进行冷却退火，得到最终成品。2.如权利要求1所述的水系碱金属离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，在所述原料改性步骤中，所述亲水改性剂为PVP
‑
K60和巴斯夫HL560中的一种或两种混合。3.如权利要求2所述的水系碱金属离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述亲水改性剂为PVP
‑
K60和巴斯夫HL560两者的混合物，在混合有所述亲水改性剂的原料中，PVP
‑
K60添加的重量比例为0.1％，巴斯夫HL560添加的重量比例为0.3％。4.如权利要求1所述的水系碱金属离子电池隔膜的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈家华，张羽标，李剑文，
申请(专利权)人：深圳市博盛新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：