[发明专利]高热机械性能纳米复合POSS-聚丙烯酸酯涂覆改性聚烯烃隔膜的凝胶电解质及制备方法

说明书

本发明涉及一种高热机械性能纳米复合POSS‑聚丙烯酸酯涂覆改性聚烯烃隔膜的凝胶电解质及制备方法，利用纳米复合POSS‑聚丙烯酸酯溶液为涂覆液，利用浸渍涂覆法对商业聚烯烃隔膜进行涂覆改性。其中涂覆液原料组份为：纳米粒子0.3～0.8份，POSS‑聚丙烯酸酯1～5份，聚合物基体10份，溶剂190份。本发明提出的浸渍涂覆法制备的凝胶聚合物电解质复合隔膜具有良好的热稳定性、高的拉伸强度和断裂伸长率、较高的吸液率，本发明的凝胶聚合物电解质复合隔膜能够满足作为锂离子电池电解质隔膜对离子电导率的要求。

技术领域

本发明属于凝胶聚合物电解质制备技术领域，涉及一种高热机械性能纳米复合POSS-聚丙烯酸酯改性聚烯烃凝胶电解质及其制备方法。

背景技术

随着社会经济与科学技术的飞速发展，能源危机及环境污染问题逐渐加剧，各国迫切希望利用大功率密度的动力新能源、储能设备等代替当前化石能源应用于驱动交通工具或作为固定式储能设备。锂离子电池具有环保、能量密度高、充放电性能好、无记忆性等优点，被广泛应用于日常各个领域。但是，锂离子动力电池还存在续航历程较短、长效稳定性较差等问题，难以大规模推广应用；与此同时，不断出现的锂离子电池质量问题及安全事故，使得锂离子电池的品质及安全性问题备受关注。隔膜作为锂离子电池的重要组成部分，材料种类、隔膜组成与隔膜形貌等均会对电池性能产生影响。目前工业上常用的隔膜材料是聚烯烃类隔膜，但是聚烯烃隔膜在温度达到 130℃或更高时会发生尺寸收缩、软化甚至熔化现象，导致隔膜体积剧烈收缩引起内部短路，从而引发灾难性的热失控。因此，提高隔膜的热尺寸稳定性和热熔化温度成为增加动力电池安全性的关键途径。对商业聚烯烃隔膜进行改性来增强电池隔膜的热稳定性和电解质综合性能、提高动力电池安全性能便是一种行之有效的方法，也是当前该领域研究的热点和难点之一。

浸渍涂覆工艺具有原材料适用广泛、操作简单可行、条件易于控制等特点常用以获得改性复合隔膜，是当前制备改性复合隔膜、优化隔膜性能的较为有效的方法。目前浸渍涂覆法改性商业聚烯烃隔膜已有很多相关报道，许多研究者采用纳米粒子复合聚合物来涂覆改性聚烯烃隔膜；但是会存在纳米粒子分散不均甚至团聚、涂层与基膜的粘接性差等问题。另外，涂覆制备改性薄膜对隔膜的孔隙率可能造成影响，并有可能降低隔膜的导电性。笼型低聚倍半硅氧烷(POSS)是一类具有笼状结构的有机-无机杂化纳米材料，有机结构部分可以使其在聚合物中分子级别的分散，并与聚合物保持良好的界面作用；而无机Si-O-Si键组成的笼型核结构类似无机二氧化硅八面体笼形空腔结构，具有高的热、机械稳定性和孔隙率，故可以用POSS聚合物来改性聚烯烃隔膜，以解决粒子分散性差、易团聚的问题，而且可以实现与基底膜界面的良好粘接；通过控制成膜过程的湿度，利用呼吸图法所产生的微小水滴为模板，可以产生有序多孔结构，在一定程度上提高隔膜的孔隙率和吸液率，进而改善聚烯烃隔膜的热稳定性和力学性能，并提高其电性能。累托石/氧化石墨烯/SiO₂等纳米材料具有良好的热、化学、力学稳定性及成本低廉的优势，近年来被广泛应用于隔膜的改性中。基于以上考虑，我们结合POSS聚合物和纳米材料的优势，采用纳米复合POSS聚合物为涂覆液，利用控制涂覆工艺湿度的方法涂覆改性商业聚烯烃隔膜，在保证电性能的前提下提高其热稳定性和安全性能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高热机械性能纳米复合POSS-聚丙烯酸酯改性聚烯烃凝胶电解质及其制备方法，利用POSS-聚甲基丙烯酸酯 (POSS-(PMMA)₈、POSS-(PEMA)₈)和累托石、氧化石墨烯、SiO₂或它们的复合粒子作为改性剂，采用浸渍涂覆法在一定湿度下改性聚烯烃隔膜制备具有丰富多孔结构的凝胶聚合物电解质，提高其热机械性能并保持良好的电性能。

技术方案

一种高热机械性能纳米复合POSS-聚丙烯酸酯涂覆改性聚烯烃隔膜的凝胶电解质，其特征在于组份为：纳米粒子0.3～0.8份，POSS-聚丙烯酸酯为1～5份和聚合物基体10份。