[发明专利]一种无机纳米聚合物改性聚烯烃锂电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种无机纳米聚合物改性聚烯烃锂电池隔膜及其制备方法，包括以下质量组份的原料：聚烯烃基材0.1％～50％、无机纳米聚合物0.1％～50％、增塑剂0.1～1％、抗氧剂0.1～2％，所述无机纳米聚合物包括以下质量组分：纳米硅溶胶20％～70％、烷氧基硅烷10％～70％、酸催化剂0.01％～5％、阴离子改性剂0.1％～10％、阻聚剂0.05％～0.2％和2％～20％水溶性溶剂。制备时将无机纳米聚合物、聚烯烃基材、增塑剂、抗氧剂通过双螺杆挤出机高温下共挤出得到铸片后经双向拉伸后热定型即可。本发明制备的隔膜具有优良的力学性能和耐热变形性能，其耐热性好、抗拉强度高、热变形温度高、热收缩率低，隔膜微孔尺寸分布均匀、透气性好。

技术领域

本发明属于隔膜材料技术领域，具体涉及一种无机纳米聚合物改性聚烯烃锂电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池主要由电极、隔膜以及电解液构成。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，在电池中起着防止电极短路以及在充放电过程中提供离子传输通道的作用，隔膜的力学性能、耐热性能、内阻直接影响锂电池的充放电比容量、循环稳定性和安全性。商用锂电池隔膜多为聚烯烃微孔膜，聚烯烃微孔膜具有空隙率高、抗撕拉强度高、抗酸碱能力强、成本较低的优点，然而，由于聚烯烃微孔膜的耐热性和电解液浸润性较差，离子电导率低，循环性能差，且聚烯烃材料的软化温度较低，热尺寸稳定性差，在生产和使用过程中，遇高温则隔膜的热收缩严重，隔膜可能严重变形，导致安全隐患。

常见的隔膜改性手段中，无机材料改性主要以涂覆陶瓷涂层为主，通过外加涂层限制隔膜的热收缩。

目前，针对聚烯烃隔膜改性主要有涂覆无机陶瓷涂层、聚合物改性、多层复合、表面改性的方法。涂覆无机陶瓷涂层的隔膜体现出卓越的热尺寸稳定性，电解液浸润性好，目前市场上要求的隔膜越来越薄以适应各种轻量化，小型化的电子设备，陶层涂层的柔韧性也相对较差，一段时间后会部分脱落。用于大功率锂电池时容易产生热收缩，导致安全隐患。聚偏氟乙烯改性的隔膜耐化学腐蚀，更耐高温，但结晶性较好，降低了离子电导率。美国Celgard公司采用的PP/PE/PP复合隔膜方案具有更优异的力学性能和渗透性，但此方法存在孔隙小和孔径难以控制的问题。因此，研发出一种力学性能优异、高温下能保持结构完整性、更耐热、孔隙率高、孔径分布均匀的聚烯烃锂电池隔膜具有非常重要的意义。

发明专利CN201410290642.X公布了一种复合隔膜，包括：无纺布-有机聚合物复合基材；以及与该无纺布-有机聚合物复合基材复合的复合凝胶，其中，该无纺布-有机聚合物复合基材包括无纺布及交联聚合物，该交联聚合物由含烯基的聚合物单体与含烯基的烷氧基硅烷在催化剂与交联剂的作用下共聚形成；该复合凝胶包括凝胶聚合物及无机改性纳米粉体，该无机改性纳米粉体包括甲基丙烯酸甲酯与含有C＝C基团的硅烷偶联剂共聚形成的聚合物，并进一步包括与该烷氧基硅烷通过缩合反应连接的纳米溶胶，作用是有利于提高锂离子电池的安全性及充放电性能。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本申请提供一种无机纳米聚合物改性聚烯烃锂电池隔膜及其制备方法，该电池隔膜具有耐热性好、抗拉强度高、热变形温度高、热收缩率低的特点。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种无机纳米聚合物改性聚烯烃锂电池隔膜，包括以下质量组份的原料：聚烯烃基材0.1％～50％、无机纳米聚合物0.1％～50％、增塑剂0.1～1％、抗氧剂0.1～2％；所述无机纳米聚合物包括以下质量组分：纳米硅溶胶20％～70％、烷氧基硅烷10％～70％、酸催化剂0.01％～5％、阴离子改性剂0.1％～10％、阻聚剂0.05％～0.2％和2％～20％水溶性溶剂。

进一步地，所述烷氧基硅烷包括甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、环氧丙氧丙基甲基二甲氧基硅烷、环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷、十二烷基甲基二甲氧基硅烷和十八烷基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种。