[发明专利]接枝改性高分子材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种接枝改性高分子材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高，能量密度大，工作温度范围宽，自放电小，循环使用寿命长，没有环境污染等诸多优点，目前已成为当今世界上二次电池研发和应用的热点。其不仅广泛应用于移动通讯产品及便携式电子产品，在动力汽车上的应用也极具前景。

锂离子电池主要是由正极、负极、电解液与隔膜组成。其中电池隔膜是一个重要的组成部分，主要作用是隔开正、负极，防止正、负极短路，同时提供必要的锂离子通道，完成充放电过程。聚烯烃材料具有价格低廉，力学、化学和电化学性能稳定性好的特点，因此聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃微孔膜在锂离子电池研究开发初期便被用作锂离子电池隔膜。时至今日，商品化的锂离子电池隔膜仍然主要是聚烯烃微孔膜。目前市场上锂电池隔膜一般是由聚乙烯或聚丙烯微孔膜制成。最近，聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜作为锂离子电池隔膜的研究也日渐增多。

微孔膜的骨架结构可以分为晶区和无定形区两个部分。晶区为隔膜提供必要的力学强度和热稳定性，而无定形部分则吸收电解液成为凝胶相，锂离子传导主要通过微孔膜非晶区凝胶相和微孔中保有的电解液完成。因此，微孔膜的结构直接关系着锂离子传导性能的优劣。

但目前主要使用的聚烯烃隔膜的结晶度过高且极性小，在使用过程中，虽然隔膜的力学性能好，但由于常用的电解液均是酯类有机溶剂，因此隔膜与电解液的亲和性不好，几乎不能被电解液溶胀，凝胶化程度低，锂离子的传导主要依靠吸附在隔膜孔隙中的有机酯类电解液实现。但由于隔膜与电解液亲和性不好，绝大多数电解液会仅以液态的形式存在于孔隙中，容易发生泄漏，隔膜保持电解液能力(保液率)不好，会直接影响电池循环长期使用性能。

文献1(2005年，Journal of Power Sources，139卷235页至241页)报道了以PE无纺布为基体，在其上面涂覆聚合物PVDF。PE基材提供了良好的机械性能和高温自闭安全性，而涂覆的PVDF相提高了隔膜与电解液之间的亲和性。文献2(2004年，科学通报，22卷2290页至2293页)将无纺布浸渍在PVDF-HFP/SiO₂/丁酮/丁醇/增塑剂的混合液中，真空干燥除去增塑剂制得多孔的无纺布支撑的复合隔膜。结果表明该复合隔膜具有一定的机械强度和良好的电化学性能。CN 1547270A中将表面分布有化学基团的纳米SiO₂填料与聚氧乙烯或聚偏氟乙烯溶解在溶剂中形成溶胶状复合物，将作为基体隔膜的聚烯烃隔膜浸泡在上述复合物凝胶中，一定时间后取出，用分子筛吸附溶剂，干燥后得到浸润性能良好、电导率高、循环稳定性好的复合隔膜。尽管上述研究对隔膜的性能有所改善，但该种隔膜在反复充放电后电池的使用性能有所下降，稳定性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有的锂离子电池中使用的聚烯烃隔膜与常用的酯类电解液亲和性不好，且聚烯烃隔膜结晶度过高，难以被电解液溶胀凝胶化从而导致该隔膜吸收的电解液受限、保液率不高、电解液易泄漏，影响锂离子的传导性能和长期使用性能；另外，现有技术中通过在聚烯烃隔膜上涂覆亲和性基团来改善聚烯烃微孔膜的亲和性，但是该种隔膜在反复充放电后电池的使用性能有所下降，稳定性较差，同样也影响电池的使用性能等缺陷。本发明提供了一种新的接枝改性高分子材料及其制备方法，该种高分子材料特别适用于作为锂离子电池隔膜使用，能降低聚烯烃隔膜的结晶度，并对酯类有机电解液具有很好的亲和性，可以有效地提高电解液的吸收量、保液率和锂离子的导电性能，延长电池的使用性能。本发明的制备方法为行业内的常用方法，操作方便，易于推广。

本发明提供了一种接枝改性高分子材料，其为带有接枝链的高分子微孔膜或高分子无纺布；

式I

其中，所述的接枝链为一种以上单体的聚合链，所述的聚合链可为由同种单体形成的均聚物链，也可为由不同单体形成的无规共聚物链；所述的单体具有至少一个C＝C双键，以及至少一个醚基或至少一个如式I所示的基团。