一种用于二次电池的陶瓷接枝隔膜的制备方法及其生产装置制造方法及图纸

一种用于二次电池的陶瓷接枝隔膜的制备方法及其生产装置，采用脉冲等离子工艺在含氧氛围下处理隔膜基材，即在保证隔膜的机械强度的基础上引入过氧基等基团，然后将处理后的隔膜放置于含有不饱和键基团的偶联剂与纳米氧化物陶瓷颗粒的混合溶液中，在加热的条件下使过氧基团发生分解产生氧自由基从而引发隔膜与偶联剂上的不饱和基团的接枝反应，同时也使偶联剂上的硅氧基、隔膜上的羟基、羧基、环氧基与无机纳米氧化物表面的羟基发生脱水缩合反应。本发明专利技术的生产装置结构简单，成本低，维护方便，制备方法工艺简单易操作，制备的陶瓷接枝隔膜具有优异的热稳定性和电解液亲和性，解决市场上的聚烯烃隔膜热稳定性差和电解液润湿性不足等缺点。性不足等缺点。性不足等缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于二次电池的陶瓷接枝隔膜的制备方法及其生产装置


[0001]本专利技术属于电池隔膜
，涉及一种用于二次电池的陶瓷接枝隔膜的制备方法及其生产装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优点，被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、无人机、医疗设备、安防设备等各个领域。隔膜是锂离子电池的四大关键原材料之一，它的优异与否直接影响电池的容量、循环寿命以及安全性能等特性。对于高能量密度的动力电池来说，目前市场上的聚烯烃隔膜因自身较差的热稳定性和电解液润湿性，已无法满足需求。
[0003]当前，行业内多对隔膜进行涂覆加工，以提高隔膜的各项性能。如专利公开号为CN106953049A的中国专利《一种高安全性的陶瓷涂覆隔膜的制作方法》，包括以下步骤：1)改性的碱性陶瓷粉末制备：将短碳链磷酸和溶剂混合搅拌均匀，然后加入碱性陶瓷粉末搅拌均匀得到接枝溶液，再升温至150℃
‑
200℃搅拌反应5
‑
10h，经漂洗、过滤、真空干燥后，得到改性的碱性陶瓷粉末；2)改性陶瓷浆料制备：将由步骤1)制得的改性的碱性陶瓷粉末、去离子水和粘结剂混合搅拌0.5
‑
3h，得到改性陶瓷浆料；3)涂布：将由步骤2)制得的改性陶瓷浆料涂布在聚烯烃基膜的一侧或两侧，干燥后形成改性陶瓷涂层，制得高安全性陶瓷涂覆隔膜。本专利技术增强隔膜的力学性能，维持隔膜透气性不变，维持碱性陶瓷涂层的热稳定性，提高锂电池的导电和安全性能。该方法是将改性的碱性陶瓷粉末和粘结剂在去离子水中配制成浆料涂布在聚烯烃基膜上，得到陶瓷涂覆隔膜，可提高锂电池的导电和安全性能。但是这类方法对设备要求高，综合性能控制复杂，存在的陶瓷颗粒分布不均匀且易脱、隔膜孔隙率降低等问题，并且涂覆后隔膜的厚度会增加2～3微米，使电池能量密度降低。
[0004]此外，也有通过辐照改性的方法来改善隔膜的性质，如专利公开号为CN112928387A的中国专利《一种含硼改性隔膜及其制备方法和应用及含该隔膜的电池》，该制备方法是使用γ射线对隔膜进行辐照接枝，得到含硼改性隔膜，提升了隔膜的锂离子迁移数。但是高能射线辐照会极大地影响隔膜的机械性能，使得电池在使用过程中隔膜破裂的概率增加。并且此类方法涉及电磁辐射设备，长时间使用对周边环境和从业人员具有一定的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种用于二次电池的陶瓷接枝隔膜的生产装置，具有结构简单、操作方便、成本低、便于维护的优点。
[0006]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种用于二次电池的陶瓷接枝隔膜的制备方法，工艺简单易操作，且绿色环保，制备的陶瓷接枝隔膜具有优异的热稳定性和电解液亲和性，适合大规模生产。
[0007]本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种用于二次电池的陶瓷
接枝隔膜的生产装置，其特征在于：包括脉冲等离子装置和浸泡接枝装置，脉冲等离子装置包括反应舱体，反应舱体内设有等离子处理区和收放卷系统，等离子处理区设置在反应舱体内中间位置、与脉冲电源相连接，收放卷系统包括收卷轴和放卷轴，分别设置在等离子处理区的两侧，反应舱体外设有真空泵和等离子源；浸泡接枝装置包括一盛有接枝溶液的反应池和收放卷机构，收放卷机构包括一放卷辊、一收卷辊和导向辊，放卷辊设置在反应池的上端左侧，收卷辊设置在反应池的上端外面右侧，放卷辊上的隔膜从反应池的左端进入反应池中进行接枝反应，接枝反应后的隔膜从反应池右端出来后被收卷在收卷辊上。
[0008]进一步，所述反应舱体为矩形舱，反应池为上端开口的矩形池，导向辊为三个，其中二个设置在反应池内靠近池底的左右两侧，第三个设置在反应池的右端上方，生产装置还包括冲洗装置和烘干装置，接枝反应后的隔膜经冲洗装置和烘干装置处理后收卷在收卷辊上。
[0009]本专利技术解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种用于二次电池的陶瓷接枝隔膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
[0010]1)使用脉冲等离子工艺在含氧氛围下处理隔膜基材：
[0011]将隔膜基材放置于脉冲等离子装置中的收放卷系统中，打开真空泵，通入等离子源，等离子源为含有氧元素的气体或液体，调节气体流量为10～400mL/min，当反应舱体内气压低于10Pa时，开启脉冲等离子放电电源并将输出功率调至10～300W，脉冲频率为0～10000Hz，占空比为5～95％，同时开启收放卷系统，运行速度为1～10m/min，反应舱体内温度为20～60℃，待所有隔膜都经过等离子处理区后，将其取出，得到含有羟基、羧基、环氧基或/和过氧基等基团的隔膜；
[0012]2)将处理后的隔膜置于浸泡接枝装置的接枝溶液中进行接枝反应：
[0013]将步骤1)处理后的隔膜通过收放卷机构使其经过接枝溶液，接枝溶液为含有不饱和键基团的偶联剂接枝单体与纳米氧化物陶瓷颗粒的混合溶液，是pH值为0～6的酸性体系水溶液，接枝溶液中所含偶联剂接枝单体的质量百分比为1％～5％，所含纳米氧化物陶瓷颗粒的质量百分比为1％
‑
20％，接枝反应的温度为40～80℃，反应时间为2～20小时；
[0014]3)隔膜经收放卷机构传出并依次经过冲洗装置和烘干装置，最终收卷得到陶瓷接枝隔膜。
[0015]优选的，所述步骤1)的等离子源包括空气、氧气、水蒸气或臭氧；隔膜基材包括聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯/聚丙烯复合隔膜中的一种，厚度为5～20微米。
[0016]进一步优选，所述等离子源采用氧气，流量为50～100mL/min。
[0017]优选的，所述步骤1)的脉冲等离子装置的放电输出功率为50W，脉冲频率为100Hz，占空比为30％，等离子处理时隔膜收卷速度为2m/min，反应舱体内温度为25℃。
[0018]优选的，所述步骤2)的偶联剂接枝单体采用乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β
‑
甲氧基乙氧基)硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；纳米无机氧化物采用氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆中的一种或几种，粒径为50～100nm。
[0019]进一步优选，所述偶联剂接枝单体采用乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷；纳米无机氧化物采用氧化铝，粒径为50nm。
[0020]进一步，所述步骤2)的接枝溶液的pH值调节剂为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸中的一种
或几种。
[0021]优选的，所述步骤2)的接枝溶液的pH值为1，接枝溶液所含偶联剂接枝单体质量百分比为2％，所含纳米氧化物陶瓷颗粒的质量百分比为2％；接枝反应时的温度为70℃。
[0022]进一步，所述步骤3)的冲淋系统为纯水冲洗，烘干系统为70
±
5℃热风烘干。
[0023]最后，所述二次电池包括锂离子电池、钠离子电池、锌离子电池。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0025]1、采用脉冲等离子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于二次电池的陶瓷接枝隔膜的生产装置，其特征在于：包括脉冲等离子装置和浸泡接枝装置，脉冲等离子装置包括反应舱体，反应舱体内设有等离子处理区和收放卷系统，等离子处理区设置在反应舱体内中间位置、与脉冲电源相连接，收放卷系统包括收卷轴和放卷轴，分别设置在等离子处理区的两侧，反应舱体外设有真空泵和等离子源；浸泡接枝装置包括一盛有接枝溶液的反应池和收放卷机构，收放卷机构包括一放卷辊、一收卷辊和导向辊，放卷辊设置在反应池的上端左侧，收卷辊设置在反应池的上端外面右侧，放卷辊上的隔膜从反应池的左端进入反应池中进行接枝反应，接枝反应后的隔膜从反应池右端出来后被收卷在收卷辊上。2.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于：所述反应舱体为矩形舱，反应池为上端开口的矩形池，导向辊为三个，其中二个设置在反应池内靠近池底的左右两侧，第三个设置在反应池的右端上方，生产装置还包括冲洗装置和烘干装置，接枝反应后的隔膜经冲洗装置和烘干装置处理后收卷在收卷辊上。3.一种用于二次电池的陶瓷接枝隔膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)使用脉冲等离子工艺在含氧氛围下处理隔膜基材：将隔膜基材放置于脉冲等离子装置中的收放卷系统中，打开真空泵，通入等离子源，等离子源为含有氧元素的气体或液体，调节气体流量为10～400mL/min，当反应舱体内气压低于10Pa时，开启脉冲等离子放电电源并将输出功率调至10～300W，脉冲频率为0～10000Hz，占空比为5～95％，同时开启收放卷系统，运行速度为1～10m/min，反应舱体内温度为20～60℃，待所有隔膜都经过等离子处理区后，将其取出，得到含有羟基、羧基、环氧基或/和过氧基基团的隔膜；2)将处理后的隔膜置于浸泡接枝装置的接枝溶液中进行接枝反应：将步骤1)处理后的隔膜通过收放卷机构使其经过接枝溶液，接枝溶液为含有不饱和键基团的偶联剂接枝单体与纳米氧化物陶瓷颗粒的混合溶液，是pH值为0～6的酸性体系水溶液，接枝溶液中所含偶联剂接枝单体的质量百分比为1％～5％，所含纳米氧化物陶瓷颗粒的质量百分比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：江晓宇，张发饶，薄桂强，张宏伟，
申请(专利权)人：宁波能之光新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：