[发明专利]一种用于锂离子电池的亲水性聚烯烃隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂离子电池的亲水性聚烯烃隔膜的制备方法，该制备方法是以聚烯烃和二氧化锆ZrO₂粉体为原料，将两种原料混合均匀后采用湿法制备该亲水性聚烯烃隔膜，其中ZrO₂粉体的质量占聚烯烃质量的1～6％。该制备方法工艺简单，节约成本，得到的聚烯烃隔膜表面自由能大大提高，亲水性强，水在隔膜的接触角为65‑88°，并能将隔膜表面张力提升至45～50mN/m，显著降低了水系浆料在隔膜上的涂覆难度，可直接省去浆料中润湿剂的添加，而且该隔膜还维持了较好的透气性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜制备领域，具体涉及一种用于锂离子电池的亲水性聚烯烃隔膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于其能量密度大，工作电压高、循环寿命长和自放电低等优点，成为了各种电子产品、电动汽车的主力电源。隔膜则是锂离子电池关键材料。其中隔膜的吸液和保液能力直接影响锂离子电池的容量。

目前大多数隔膜是通过干法和湿法两种工艺制备的聚烯烃微孔隔膜，如聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜或由聚乙烯膜和聚丙烯膜组成的复合隔膜等。但是由于聚合物存在材料表面的表面能低、洁净度高、表面光滑、表面弱边界等表面和界面问题，存在对电解质浸润性差、保液率低等缺点，并且同聚烯烃隔膜耐热性差这一缺点同时严重影响电池的应用和安全，从而限制了推广性水性浆料的涂覆使用。

为了克服有机隔膜的这些问题，可以利用无机颗粒(Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、Al(OH)₃、Mg(OH)₂、沸石等)涂覆在有机隔膜表面得到无机涂层隔膜，增强其电解液浸润性和良好的热稳定性等问题，能制备安全系数更高的电池。而以上无机颗粒的涂覆浆料均为水系浆料，其表面张力大概在65mN/m，与聚烯烃隔膜的表面张力31～34mN/m相差很大，两者的接触角在100°以上，水溶性浆料很难直接在基膜上进行涂覆，需要在体系中加入润湿剂减小浆料与聚烯烃膜之间的表面能才能顺利进行涂覆。而不同体系由于材料不同、加入的粘结剂及助剂不同，将对寻找适宜的润湿剂带来巨大的挑战。不仅如此，润湿剂添加的量的多少也影响着最终隔膜的性能；如润湿剂添加量少出现漏涂现象，润湿剂添加量多出现隔膜透气性差的问题等。

因此，提高聚烯烃隔膜的表面自由能将对于水性浆料涂覆带来很大的便利和优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前聚烯烃有机隔膜表面自由能低，亲水性差，水性浆料涂覆聚烯烃隔膜困难等问题，提供一种制备方法简单，不需要加入润湿剂等助剂，大大提高表面自由能的亲水性聚烯烃隔膜。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于锂离子电池的亲水性聚烯烃隔膜的制备方法，该制备方法是以聚烯烃和二氧化锆ZrO₂粉体为原料，将两种原料混合均匀后采用湿法制备该亲水性聚烯烃隔膜，其中ZrO₂粉体的质量占聚烯烃质量的1～6％。

作为对本发明的限定，本发明所述的二氧化锆ZrO₂粉体是按照以下方法制备的：

(1)将ZrOCl₂与CaCl₂溶于水中，配制浓度为1mol/L并含有5％CaCl₂的ZrOCl₂溶液，再将浓度为28％的氨水加蒸馏水稀释，其中氨水与蒸馏水的体积比为1：3；

(2)采用交叉喷淋法制备氧化锆前驱体，多次洗涤前驱体直到检测不到Cl^-，即得到水热反应前驱体；

(3)将65mL浓度为0.25mol/L步骤(2)所述的水热反应前驱体溶液加入到100mL反应釜中，再加入5mL氢氧化钠矿化剂，在110℃的温度条件下反应2h后，对产物进行分离干燥得到平均粒径为16～34nm的二氧化锆ZrO₂粉体。