CN105826506B - 一种安全性高的消费类电池隔膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种安全性高的消费类电池隔膜，包括基层(1)，所述基层(1)为填充高分子聚合物的亲水PET无纺布；设于基层(1)表面的改性层(2)；所述改性层(2)包括聚丙烯材料基体(3)以及分散于聚丙烯材料基体(3)内的多孔氧化铝超细粉末(4)、陶瓷颗粒(5)和相变微球(5)。该电池隔膜工艺简单、吸液量高、表面积大，孔隙率高、孔径小、化学纯度高、有害杂质少，使用安全。

Description

一种安全性高的消费类电池隔膜
技术领域
本发明特别涉及一种安全性高的消费类电池隔膜，属于电池材料技术领域。
背景技术
电池隔膜纸作为电池中分开正极和负极的隔膜材料，主要作用是防止电池中正负电极直接接触而短路，并能够让电解液中的离子在正负极之间自由通过而电子不能自由穿过，在组成电池的各个部分之中，隔膜材料起到了举足轻重的作用，其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，电池隔膜主要为聚烯烃隔膜，其具有足够小的孔径能够有效防止电池内部短路，且具有较好的均匀性，能有效保证电池的充放电性能。但在应用过程中，如果电池由于内部短路或者过充等导致发生热失控，电池内部温度迅速升高，聚烯烃膜在高温下(高于170℃)无法保证其完整性，使正负极材料发生大面积接触，导致电池发生爆炸，对电池的安全性构成威胁。特别是在锂离子动力电池中，大容量大功率充放电的设计要求隔膜具有更好的耐高温性能。另外，聚烯烃隔膜透气性较差，无法很好满足电池快速充放电的需要，影响电池的循环使用寿命。
发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种安全性高的消费类电池隔膜。
技术方案：本发明提供的一种安全性高的消费类电池隔膜，包括
基层(1)，所述基层(1)为填充高分子聚合物的亲水PET无纺布；
设于基层(1)表面的改性层(2)；所述改性层(2)包括聚丙烯材料基体(3)以及分散于聚丙烯材料基体(3)内的多孔氧化铝超细粉末(4)、陶瓷颗粒(5)和相变微球(5)；
所述相变微球(5)由以下重量份的组分制成：氯化石蜡40-60份、单硬脂酸甘油酯1-2份、十二烷基苯磺酸钠1-3份、对苯二甲酸乙二醇酯8-12份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸4-6份、丙烯酸二甲胺基乙酯4-6份、对苯二甲酸1-3份、石墨1-3份、二氧化硅2-4份、十水硫酸钠20-40份、硫酸铵10-20份、硫酸氢钠5-10份、碳化硅1-3份、氮化硅1-3份、明胶20-30份；
所述多孔氧化铝超细粉末(4)、陶瓷颗粒(5)和相变微球(5)的质量比为(2-4)：10：(1-3)。
作为改进，所述亲水PET无纺布基材上均匀分布着微米级的小孔，其纤维细度≤3D，孔隙率50～70％，高分子聚合物填充在亲水PET无纺布基材的小孔内；所述的高分子聚合物为聚乙烯醇。
本发明还提供了一种安全性高的消费类电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)基层的制备：在水浴加热的条件下，将高分子聚合物溶解于去离子水中，得到高分子聚合物溶液；将亲水PET无纺布基材浸泡所得高分子聚合物溶液中，超声使亲水PET无纺布基材在高分子聚合物溶液中分散，然后在真空条件下保持水浴加热1～6小时，得到真空浸渍后的亲水PET无纺布；将真空浸渍后的亲水PET无纺布在50～90℃的鼓风干燥箱中烘干，然后通过180～220℃的热轧辊，即得基层；
(2)相变微球的制备：将石墨、二氧化硅、十水硫酸钠、硫酸铵、硫酸氢钠、碳化硅、氮化硅混匀，加入3-5倍质量的水中溶解，得混合水溶液；加热氯化石蜡至融化，依次加入单硬脂酸甘油酯、十二烷基苯磺酸钠、对苯二甲酸乙二醇酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸二甲胺基乙酯、对苯二甲酸，搅拌20-40min，得有机混合物；将熔融的有机混合物加入温度70-90℃的混合水溶液中，得油水乳液；将上述油水乳液倒入到温度为-20℃～10℃的冰盐水中，过筛，即得相变微球；
(3)改性层的制备：将多孔氧化铝超细粉末、陶瓷颗粒和相变微球混合，加入熔融的聚丙烯材料中，搅拌5-15min，得改性层材料；
(4)将步骤(3)的改性层材料涂覆于基层上，即得安全性高的消费类电池隔膜。
步骤(3)中，所述高分子聚合物和去离子水的质量比为0.5～30:100，水浴加热的温度为25～95℃，水浴加热的时间为2～12小时。
有益效果：本发明将玻璃纤维应用于电池隔膜纸的制造中，生产的电池隔膜，其性能将会优于一般的电池隔膜纸，如吸液量更高，吸液速度更快，亲水性更好等，并在整个寿命期间保持其高的吸液率；同时，由于玻璃纤维隔膜具有表面积大，孔隙率高，孔径小，化学纯度高，有害杂质少，以及非常好的耐酸性、抗氧化性和小的电阻等特点。
附图说明
图1为本发明安全性高的消费类电池隔膜的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
安全性高的消费类电池隔膜，见图1，包括
基层1，所述基层1为填充高分子聚合物的亲水PET无纺布；
设于基层1表面的改性层2；所述改性层2包括聚丙烯材料基体3以及分散于聚丙烯材料基体3内的多孔氧化铝超细粉末4、陶瓷颗粒5和相变微球5；
所述相变微球5由以下重量份的组分制成：氯化石蜡40份、单硬脂酸甘油酯2份、十二烷基苯磺酸钠1份、对苯二甲酸乙二醇酯12份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸4份、丙烯酸二甲胺基乙酯6份、对苯二甲酸1份、石墨3份、二氧化硅2份、十水硫酸钠20份、硫酸铵10份、硫酸氢钠10份、碳化硅3份、氮化硅1份、明胶20份；
所述多孔氧化铝超细粉末4、陶瓷颗粒5和相变微球5的质量比为2：10：3。
所述亲水PET无纺布基材上均匀分布着微米级的小孔，其纤维细度≤3D，孔隙率50～70％，高分子聚合物填充在亲水PET无纺布基材的小孔内；所述的高分子聚合物为聚乙烯醇。
上述种安全性高的消费类电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)基层的制备：在水浴加热的条件下，将高分子聚合物溶解于去离子水中，得到高分子聚合物溶液；将亲水PET无纺布基材浸泡所得高分子聚合物溶液中，超声使亲水PET无纺布基材在高分子聚合物溶液中分散，然后在真空条件下保持水浴加热1小时，得到真空浸渍后的亲水PET无纺布；将真空浸渍后的亲水PET无纺布在50℃的鼓风干燥箱中烘干，然后通过220℃的热轧辊，即得基层；
(2)相变微球的制备：将石墨、二氧化硅、十水硫酸钠、硫酸铵、硫酸氢钠、碳化硅、氮化硅混匀，加入3倍质量的水中溶解，得混合水溶液；加热氯化石蜡至融化，依次加入单硬脂酸甘油酯、十二烷基苯磺酸钠、对苯二甲酸乙二醇酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸二甲胺基乙酯、对苯二甲酸，搅拌20min，得有机混合物；将熔融的有机混合物加入温度90℃的混合水溶液中，得油水乳液；将上述油水乳液倒入到温度为10℃的冰盐水中，过筛，即得相变微球；
(3)改性层的制备：将多孔氧化铝超细粉末、陶瓷颗粒和相变微球混合，加入熔融的聚丙烯材料中，搅拌5min，得改性层材料；所述高分子聚合物和去离子水的质量比为0.5:100，水浴加热的温度为25℃，水浴加热的时间为2小时；
(4)将步骤(3)的改性层材料涂覆于基层上，即得安全性高的消费类电池隔膜。
实施例2
安全性高的消费类电池隔膜，见图1，包括
基层1，所述基层1为填充高分子聚合物的亲水PET无纺布；
设于基层1表面的改性层2；所述改性层2包括聚丙烯材料基体3以及分散于聚丙烯材料基体3内的多孔氧化铝超细粉末4、陶瓷颗粒5和相变微球5；
所述相变微球5由以下重量份的组分制成：氯化石蜡60份、单硬脂酸甘油酯1份、十二烷基苯磺酸钠3份、对苯二甲酸乙二醇酯8份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸6份、丙烯酸二甲胺基乙酯4份、对苯二甲酸3份、石墨1份、二氧化硅4份、十水硫酸钠40份、硫酸铵20份、硫酸氢钠5份、碳化硅1份、氮化硅3份、明胶30份；
所述多孔氧化铝超细粉末4、陶瓷颗粒5和相变微球5的质量比为4：10：1。
所述亲水PET无纺布基材上均匀分布着微米级的小孔，其纤维细度≤3D，孔隙率50～70％，高分子聚合物填充在亲水PET无纺布基材的小孔内；所述的高分子聚合物为聚乙烯醇。
上述种安全性高的消费类电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)基层的制备：在水浴加热的条件下，将高分子聚合物溶解于去离子水中，得到高分子聚合物溶液；将亲水PET无纺布基材浸泡所得高分子聚合物溶液中，超声使亲水PET无纺布基材在高分子聚合物溶液中分散，然后在真空条件下保持水浴加热6小时，得到真空浸渍后的亲水PET无纺布；将真空浸渍后的亲水PET无纺布在90℃的鼓风干燥箱中烘干，然后通过180℃的热轧辊，即得基层；
(2)相变微球的制备：将石墨、二氧化硅、十水硫酸钠、硫酸铵、硫酸氢钠、碳化硅、氮化硅混匀，加入5倍质量的水中溶解，得混合水溶液；加热氯化石蜡至融化，依次加入单硬脂酸甘油酯、十二烷基苯磺酸钠、对苯二甲酸乙二醇酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸二甲胺基乙酯、对苯二甲酸，搅拌40min，得有机混合物；将熔融的有机混合物加入温度70℃的混合水溶液中，得油水乳液；将上述油水乳液倒入到温度为-20℃的冰盐水中，过筛，即得相变微球；
(3)改性层的制备：将多孔氧化铝超细粉末、陶瓷颗粒和相变微球混合，加入熔融的聚丙烯材料中，搅拌15min，得改性层材料；所述高分子聚合物和去离子水的质量比为30:100，水浴加热的温度为95℃，水浴加热的时间为12小时；
(4)将步骤(3)的改性层材料涂覆于基层上，即得安全性高的消费类电池隔膜。
实施例3
安全性高的消费类电池隔膜，见图1，包括
基层1，所述基层1为填充高分子聚合物的亲水PET无纺布；
设于基层1表面的改性层2；所述改性层2包括聚丙烯材料基体3以及分散于聚丙烯材料基体3内的多孔氧化铝超细粉末4、陶瓷颗粒5和相变微球5；
所述相变微球5由以下重量份的组分制成：氯化石蜡50份、单硬脂酸甘油酯1.5份、十二烷基苯磺酸钠2份、对苯二甲酸乙二醇酯10份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5份、丙烯酸二甲胺基乙酯5份、对苯二甲酸2份、石墨2份、二氧化硅3份、十水硫酸钠30份、硫酸铵15份、硫酸氢钠8份、碳化硅2份、氮化硅2份、明胶25份；
所述多孔氧化铝超细粉末4、陶瓷颗粒5和相变微球5的质量比为3：10：2。
所述亲水PET无纺布基材上均匀分布着微米级的小孔，其纤维细度≤3D，孔隙率50～70％，高分子聚合物填充在亲水PET无纺布基材的小孔内；所述的高分子聚合物为聚乙烯醇。
上述种安全性高的消费类电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)基层的制备：在水浴加热的条件下，将高分子聚合物溶解于去离子水中，得到高分子聚合物溶液；将亲水PET无纺布基材浸泡所得高分子聚合物溶液中，超声使亲水PET无纺布基材在高分子聚合物溶液中分散，然后在真空条件下保持水浴加热5小时，得到真空浸渍后的亲水PET无纺布；将真空浸渍后的亲水PET无纺布在70℃的鼓风干燥箱中烘干，然后通过200℃的热轧辊，即得基层；
(2)相变微球的制备：将石墨、二氧化硅、十水硫酸钠、硫酸铵、硫酸氢钠、碳化硅、氮化硅混匀，加入4倍质量的水中溶解，得混合水溶液；加热氯化石蜡至融化，依次加入单硬脂酸甘油酯、十二烷基苯磺酸钠、对苯二甲酸乙二醇酯、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸二甲胺基乙酯、对苯二甲酸，搅拌30min，得有机混合物；将熔融的有机混合物加入温度80℃的混合水溶液中，得油水乳液；将上述油水乳液倒入到温度为-10℃的冰盐水中，过筛，即得相变微球；
(3)改性层的制备：将多孔氧化铝超细粉末、陶瓷颗粒和相变微球混合，加入熔融的聚丙烯材料中，搅拌10min，得改性层材料；
(4)将步骤(3)的改性层材料涂覆于基层上，即得安全性高的消费类电池隔膜。
步骤(3)中，所述高分子聚合物和去离子水的质量比为15:100，水浴加热的温度为65℃，水浴加热的时间为6小时。
测试实施例1至3制得的安全性高的消费类电池隔膜性能，结果见表1。
表1实施例1至3制得的安全性高的消费类电池隔膜性能
由表1的测试结果可以看出，本发明电池隔膜的纵向和横向热收缩明显小于对比例中的市售电池隔膜，说明本发明电池隔膜的热性能有很大提高；本发明电池隔膜的吸液率大大高于市售电池隔膜。

Claims (2)

1.一种安全性高的消费类电池隔膜，其特征在于：包括
基层（1），所述基层（1）为填充高分子聚合物的亲水PET无纺布；
设于基层（1）表面的改性层（2）；所述改性层（2）包括聚丙烯材料基体（3）以及分散于聚丙烯材料基体（3）内的多孔氧化铝超细粉末（4）、陶瓷颗粒（5）和相变微球；
所述相变微球由以下重量份的组分制成：氯化石蜡40-60份、单硬脂酸甘油酯1-2份 、十二烷基苯磺酸钠1-3份、对苯二甲酸乙二醇酯8-12份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸4-6份、丙烯酸二甲胺基乙酯4-6份、对苯二甲酸1-3份、石墨1-3份、二氧化硅2-4份、十水硫酸钠20-40份、硫酸铵10-20份、硫酸氢钠5-10份、碳化硅1-3份、氮化硅1-3份、明胶20-30份；
所述多孔氧化铝超细粉末（4）、陶瓷颗粒（5）和相变微球的质量比为（2-4）：10：（1-3）。
2.根据权利要求1所述的一种安全性高的消费类电池隔膜，其特征在于：所述亲水PET无纺布基材上均匀分布着微米级的小孔，其纤维细度≤3D，孔隙率50~70%，高分子聚合物填充在亲水PET无纺布基材的小孔内；所述的高分子聚合物为聚乙烯醇。
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