[发明专利]一种微孔改性聚丙烯锂电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种微孔改性聚丙烯锂电池隔膜的制备方法，属于锂离子电池隔膜的制备技术领域，包括以下步骤：S1、第一聚丙烯膜制备；S2、多巴胺改性二氧化硅纳米粒子制备；S3、二氧化硅纳米粒子层制备；S4、第二聚丙烯膜制备；S5、表面改性处理；所述表面改性处理采用紫外光接枝法，通过9‑芴酮的预接枝作用将2‑丙烯酰胺‑2‑甲基‑1‑丙磺酸单体接枝在聚丙烯薄膜表面，利用带负电荷的‑SO^3‑实现对阴离子较强的静电排斥，进而提高锂离子迁移数，本发明通过设置多层结构，将二氧化硅层夹芯在聚丙烯膜间，在保留隔膜孔隙率的基础上同时减少胶黏剂的使用和无机粉体的脱落，提高聚丙烯膜的耐热性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜的制备技术领域，具体涉及一种微孔改性聚丙烯锂电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于其高的能量密度和优异的循环寿命而得到了广泛应用，在锂离子电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，其主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，同时允许离子在电池内部传输；隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

目前，锂离子电池中使用的隔膜主要基于微孔聚烯烃膜，如聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯等，由于聚合物本身的特点，聚烯烃虽然具有良好的机械强度和化学稳定性，但在高温下表现出极高的热收缩率，在异常发热的情况下可能导致内部短路，从而导致起火，甚至爆炸；此外，聚烯烃隔膜与有机电解质溶剂极性差异大，润湿性差，阻碍了电解质溶液被微孔膜吸收，使得循环容量和功率能力降低。

陶瓷隔膜是在聚烯烃微孔膜基础上发展起来的新型高安全性隔膜材料，它是在聚烯烃隔膜上通过涂布无机陶瓷粉体(如Al₂O₃和SiO₂)提高耐温性和亲液性，但受粘合剂成分和陶瓷层结构的限制，隔膜涂层容易从隔膜上脱落，成膜性差，其耐温性和亲液性改善程度极为有限。

发明内容

针对上述问题中的至少一个，本发明提供一种微孔改性聚丙烯锂电池隔膜及其制备方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种微孔改性聚丙烯锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、第一聚丙烯膜制备

将聚丙烯通过熔喷纺丝法或静电纺丝法制备得到第一聚丙烯膜；

S2、改性二氧化硅纳米粒子制备

称取十六烷基三甲基溴化铵并溶解在乙醇和水的混和溶剂中，加入浓度为25wt.％的浓氨水搅拌，得到混合溶液A，将混合溶液A升温至30-35℃，剧烈搅拌条件下，在所述混合溶液A中滴加正硅酸乙酯，滴加完毕后保温搅拌反应12-24h，在2000-3000rpm转速下离心1-10min，分离得到上层清液，将所述上层清液在10000-12000rpm转速下离心5-20min，分离得到沉淀，沉淀依次以乙醇和去离子水洗涤，真空干燥后入高温炉，以5℃/min升温至500-550℃，保温热处理1-3h，得到产物A，将所述产物A超声分散在乙醇和缓冲液的混合溶液中，再加入终浓度为10-20mmol/L的盐酸多巴胺，混合搅拌过夜，得到改性二氧化硅分散液；

所述乙醇和缓冲液的混合溶液由无水乙醇和pH值为8.0的三羟甲基氨基甲烷盐酸盐缓冲液等体积混合得到；

S3、二氧化硅层制备

以所述第一聚丙烯膜为基底，将所述改性二氧化硅分散液过滤沉积在所述第一聚丙烯膜上，再依次以所述乙醇和缓冲液的混合溶液、过硫酸铵溶液和无水乙醇溶液淋洗，淋洗完成后真空干燥；

其中，所述过硫酸铵溶液的浓度在0.01-0.1mol/L；

S4、第二聚丙烯膜制备