一种耐高温锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电池隔膜技术领域，具体为一种耐高温锂离子电池隔膜及其制备方法，包括以下制备工艺：(1)基膜的制备：将木质素纤维、酰亚胺化聚氨酯原料、溶剂混合，升温反应，得到悬浮液；抽滤，得到湿膜；亚胺化，置于丙烯基

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温锂离子电池隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池隔膜
，具体为一种耐高温锂离子电池隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为一种二次电池(充电电池)，锂离子电池依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作；其组成部分包括正极、负极、隔膜等，隔膜为具有微孔结构的薄膜结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。锂离子电池所使用的隔膜应同时具备电子绝缘性和电解质离子导体的特性，并具备良好的力学性能和化学、电化学稳定性，以及电解液润湿性等。目前常用的锂离子电池隔膜包括微孔膜、织造膜、无纺布、有机
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无机复合隔膜等。其中，最为常见的为聚烯烃微孔膜，其机械强度、化学稳定性、电阻、稳定性等综合性能优良，被广泛应用于液态锂离子电池中。但聚烯烃隔膜的热稳定性和对电解液的亲和性不佳。因此，我们提出一种耐高温锂离子电池隔膜及其制备方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种耐高温锂离子电池隔膜及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种耐高温锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下制备工艺：
[0005](1)基膜的制备：将木质素纤维、酰亚胺化聚氨酯原料、溶剂混合，升温反应，得到悬浮液；抽滤，得到湿膜；亚胺化，置于丙烯基
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1,3
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磺酸内酯溶液中浸泡，得到基膜；
[0006](2)涂层的制备：取低熔点有机颗粒、正硅酸乙酯、无机颗粒、粘结剂、分散剂、溶剂混合，得到浆料；涂布于基膜表面，干燥，形成涂层，得到电池隔膜。
[0007]进一步的，步骤(1)中，木质素纤维、酰亚胺化聚氨酯原料、溶剂的比例为(1～2)g:(3～6)g:100mL。
[0008]进一步的，步骤(1)中，亚胺化工艺条件为：于80～100℃温度下将膜体系干燥至固含量为60～70wt％，以5～6℃/min的升温速率升温至加热至250～300℃，保温20～30min；以1℃/min的升温速率升温至350～400℃，保温20～30min。
[0009]进一步的，步骤(1)中，丙烯基
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1,3
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磺酸内酯溶液中的溶剂为甲醇和去离子水，甲醇、去离子水的质量比为(3～5):1；
[0010]丙烯基
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1,3
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磺酸内酯溶液的质量浓度为1％～5％；浸泡时间为72h。
[0011]进一步的，步骤(1)中，基膜的厚度为60～300μm。
[0012]进一步的，步骤(1)中，悬浮液具体由以下工艺制得：
[0013]取木质素纤维分散于溶剂N
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甲基吡咯烷酮中，在氮气气氛保护下，加入聚四氢呋喃醚二醇、1,5
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二异氰酸萘混合，搅拌30～40min溶解后加入催化剂二月桂酸二丁基锡，加热至45～55℃，反应1～3h；
[0014]加入2,3,3',4'
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联苯四甲酸二酐，升温至80～90℃，反应2～3h；升温至130～140℃，反应2～4h；降温至35～50℃，加入4,4'
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二氨基二苯醚，反应1～2h；加入碳酸铵，得到悬浮液。
[0015]进一步的，酰亚胺化聚氨酯原料包括以下质量组分：10.0～11.7份聚四氢呋喃醚二醇、8.3～9.4份1,5
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二异氰酸萘、1.4～2.8份2,3,3',4'
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联苯四甲酸二酐、1.4～2.2份4,4'
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二氨基二苯醚、0.06～0.28份催化剂二月桂酸二丁基锡、10.5～25.1份碳酸铵。
[0016]聚四氢呋喃醚二醇：PTMG，Mn＝1000，来源于日本三菱化学株式会社；
[0017]木质素纤维：FB
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300、FB
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500，来源于上海影佳实业发展有限公司。
[0018]在上述技术方案中，使用了生物质材料木质素纤维作为基膜组分，其具有较大的比表面积和稳定性、机械性能，结构稳定，能够改善所制电池隔膜的孔隙率、耐热性和力学性能；并富含极性基团羟基、羰基、羧基等，这些基团能够与锂离子电池中的锂盐形成氢键，赋予所制电池隔膜优良的离子电导率和电解液润湿性。木质素纤维为长纤维，在基膜的制备过程中，长纤维之间相互交错，形成具有大量孔隙的交织网络结构，能够提高所制电池隔膜的机械强度和吸液率。
[0019]长纤维于酰亚胺化聚氨酯原料体系中混合，抽滤；原料体系发生反应交联，木质素纤维表面羟基、羧基等基团，能够与原料体系中的羧基、胺基基团发生氢键作用，形成三维交联网络结构，有效提高所制电池隔膜的机械强度、热稳定性和耐高温能力，同时保持了其良好的电解液润湿性。
[0020]酰亚胺化聚氨酯由聚四氢呋喃醚二醇1,5
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二异氰酸萘、2,3,3',4'
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联苯四甲酸二酐、4,4'
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二氨基二苯醚等反应，并亚胺化得到，分子骨架结构上含有环状刚性结构，使其具有良好的耐高温性能和机械强度，引入的醚键能够提高其韧性；且酰亚胺化聚氨酯具有较低的介电常数，能够与具有高介电常数的无机颗粒发挥协同效应，得到无机
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有机复合电池隔膜，使其在具有高效吸收电解液特性的同时，因其高介电常数，以避免隔膜被电压击穿，造成电池短路，改善电池的安全性和循环性能，延迟其使用寿命。
[0021]悬浮液中还添加有碳酸铵，在干燥时发生热分解，释放出氨气和二氧化碳气体，降低纤维间的相互作用，促进电池隔膜纤维间空腔结构的形成，避免加热过程中纤维受毛细作用而发生的紧密堆积，改善电池隔膜的孔隙率，促进锂离子的迁移，提高其电解质润湿性和离子电导率。
[0022]然后在常温条件下，利用季铵盐反应在酰亚胺聚氨酯的分子结构中接入磺酸亲水基团(来源于丙烯基
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1,3
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磺酸内酯)，进一步改善所制电池隔膜的电解质润湿性，并引入可反应基团，利于后续工艺(步骤2)的进行。
[0023]无机填料为纳米氧化铝，粒径20～40nm，来源于海晶纯生化科技股份有限公司；
[0024]低熔点有机颗粒为低密度聚乙烯粉，粒径50～100nm，来源于啓弘生物科技股份有限公司。
[0025]进一步的，步骤(2)中，粘结剂为聚偏氟乙烯，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，溶剂为N
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甲基吡咯烷酮、无水乙醇的混合，质量比为2:1。
[0026]进一步的，步骤(2)中，浆料包括以下质量组分：7～15份无机颗粒、8～16份低熔点有机颗粒、2～6份11
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巯基十一烷基三甲氧基硅烷、10～20份正硅酸乙酯、3～5份粘结剂、0.5～2.2份分散剂、800～900份溶剂、0.1～0.8份光引发剂。
[0027]进一步的，光引发剂为光引发剂907、光引发剂TPO、光引发剂1173、光引发剂BP、光引发剂EAB中的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下制备工艺：(1)基膜的制备：将木质素纤维、酰亚胺化聚氨酯原料、溶剂混合，升温反应，得到悬浮液；抽滤，得到湿膜；亚胺化，置于丙烯基
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磺酸内酯溶液中浸泡，得到基膜；(2)涂层的制备：取低熔点有机颗粒、正硅酸乙酯、无机颗粒、粘结剂、分散剂、溶剂混合，得到浆料；涂布于基膜表面，干燥，形成涂层，得到电池隔膜。2.根据权利要求1所述的一种耐高温锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，木质素纤维、酰亚胺化聚氨酯原料、溶剂的比例为(1～2)g:(3～6)g:100mL。3.根据权利要求1所述的一种耐高温锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，亚胺化工艺条件为：于80～100℃温度下将膜体系干燥至固含量为60～70wt％，以5～6℃/min的升温速率升温至加热至250～300℃，保温20～30min；以1℃/min的升温速率升温至350～400℃，保温20～30min。4.根据权利要求1所述的一种耐高温锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，悬浮液具体由以下工艺制得：取木质素纤维分散于溶剂N
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甲基吡咯烷酮中，在氮气气氛保护下，加入聚四氢呋喃醚二醇、1,5
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二异氰酸萘混合，搅拌30～40min溶解后加入催化剂二月桂酸二丁基锡，加热至45～55℃，反应1～3h；加入2,3,3',4'
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联苯四甲酸二酐，升温至80～90℃，反应2～3h；升温至130～140℃，反应2～4h；降温至35～50℃，加入4,4'
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二氨基二苯醚，反应1～2h；加入碳酸铵，得到悬浮液。5.根据权利要求4所述的一种耐高温锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述酰亚胺化聚氨酯原料包括以下质量组分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，丁晶，
申请(专利权)人：扬州万锂德能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：