[发明专利]一种提高聚丙烯锂离子电池隔膜的亲水性及热稳定性的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物复合功能薄膜制备领域，特别涉及到聚丙烯锂离子电池隔膜的亲水性与热稳定性的改进工艺。

背景技术

锂离子电池隔膜是位于锂离子电池正、负极之间的一种聚合物微孔膜材料，在电池中的作用主要是隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过，防止短路；同时允许电解质中的离子在正负极间自由通过，以保持电池的电化学反应有序可逆地进行。

聚丙烯具有化学稳定性好，耐热，耐酸碱，机械强度高，价格低廉等优点，是一种性能优越的高分子膜材料。通过熔融拉伸法和热致相分离法制得的聚丙烯隔膜也日益受到人们的关注，并被广泛应用于各类锂离子电池中。但是，由于聚丙烯隔膜表面疏水性较强，与电池中电解液的亲润性较差，导致电池效率不高；另一方面，聚丙烯隔膜在电池中使用时，受热情况下易发生收缩，使电池中的正、负极接触而发生短路，从而造成安全事故。综上所述，提高聚丙烯隔膜的亲水性和热稳定性，对于增强其在锂电池领域的实际应用具有重要意义。

对聚丙烯锂电池隔膜进行亲水改性和热稳定性改性的方法包括：物理方法改性，化学方法改性及物理化学方法改性。物理方法主要为涂覆改性，涂覆改性存在的缺点是涂层的厚度不均匀，容易将表面孔结构堵塞，降低电池效率；另外涂层在使用中容易脱落，因此使用该方法改性的隔膜的使用寿命较短。而化学改性方法主要为接枝改性，这种方法可以有效地提高隔膜的亲水性和热稳定性，但是接枝改性的操作比较困难，成功率较低，难以实现工业生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：目前隔膜的亲水性、热稳定性的改性方法中，存在接枝改性操作困难；涂覆改性涂层易脱落的缺点，为解决这一技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种使用聚阴、阳离子电解质层层自组装到聚丙烯隔膜的表面，来改善聚丙烯隔膜亲水性和热稳定性的方法。具体操作为：

(1)首先，对原始聚丙烯微孔膜进行预处理，使聚丙烯微孔膜表面带上负电荷，

这里所选用的原始聚丙烯微孔膜的孔隙率为40～45％，表示透气性的Gurley值为250～400s·(50mL)^-1，静态水接触角为90～100°，热收缩率为40～50％，这种聚丙烯微孔膜在市场上可以直接买到，

这里的预处理操作是指，将聚丙烯微孔膜在70℃的重铬酸钾/浓硫酸洗液(重铬酸钾(g)：蒸馏水(mL)：浓硫酸(mL)＝1：2：20)中浸泡5min，

(2)其次，将上述预处理后的聚丙烯微孔膜交替浸泡在阳离子型聚电解质溶液、阴离子型聚电解质溶液中，使高分子聚电解质在静电力的作用下自组装到聚丙烯微孔膜表面，最后清洗、烘干得到层层自组装的改性聚丙烯微孔膜，

其中，交替浸泡时，将步骤(1)中预处理后的聚丙烯微孔膜从预处理液中取出后，无需洗涤，首先直接浸泡到阳离子型聚电解质溶液中；

交替浸泡时，微孔膜在阳离子型聚电解质溶液和阴离子型聚电解质溶液中，浸泡时间均为20～50min，浸泡温度均为25～60℃，作为优选，浸泡时间均为35～40min，浸泡温度均为40～45℃，

交替过程中，当将微孔膜从阳离子型聚电解质溶液(阴离子型聚电解质溶液)中取出后，浸入到阴离子型聚电解质溶液(阳离子型聚电解质溶液)之前，需将微孔膜在蒸馏水中浸泡5min，使表面的聚电解质组装均匀，

在全部的交替浸泡操作完成后，将微孔膜经过蒸馏水清洗后，在45℃下烘干得到层层自组装的改性聚丙烯微孔膜。

步骤(2)中，阳离子型聚电解质溶液和阴离子型聚电解质溶液为，分别以二烯丙基二甲基氯化铵和丙烯酸为主要单体，通过水溶液聚合的方法合成的含阳离子、阴离子结构单元的高分子聚电解质溶液(溶质质量分数为10～30％，作为优选，溶质质量分数为15％)，并且控制阴离子型聚电解质溶液的PH值为4～5，阳离子型聚电解质溶液的PH值为7～8，

上述的阳离子型聚电解质为：二烯丙基二甲基氯化铵的均聚物或二烯丙基二甲基氯化铵与丙烯酰胺的共聚物(其中，二烯丙基二甲基氯化铵单体与丙烯酰胺单体的摩尔比为5:1～9:1，优选为7:1)；

上述阴离子型聚电解质为：聚丙烯酸、丙烯酸-丙烯酸钠共聚物(丙烯酸单体和丙烯酸钠单体的摩尔比为1:1～9:1，优选1:1)或丙烯酸-丙烯酰胺共聚物(丙烯酸单体和丙烯酰胺单体的摩尔比为1:1～9:1，优选9:1)；