CN108666508A - 一种电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池隔膜及其制备方法。所述电池隔膜是以改性的PP微孔膜为主隔膜，层叠上亲水性无纺布为吸液层，两者之间用胶粘剂粘合制成。所述改性的PP微孔膜是将PP微孔膜经含有表面活性剂的溶液表面活化处理，取出用自然风吹干而得；其中，含表面活性剂的溶液是由磷酸酯类化合物、磺酸酯类化合物、硫酸酯类化合物中的一种或多种组合和聚醇类化合物溶解于水配制而成。本发明制得的电池隔膜在保有良好的耐碱性、湿强度和机械性能的前提下，通过材料改性以及层叠吸液层，使隔膜具有很好的吸液和储液能力、具有优良的离子交换能力，保障了电池的储存和使用寿命。该隔膜适用于以强碱溶液为电解质的电池。

Description

一种电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料改性技术领域，具体地，本发明涉及一种电池隔膜及其制备方法。
背景技术
适用于以强碱溶液为电解质的电池中的隔膜必须满足以下的性能要求：具有良好的隔离性能，将电池正负极隔开，保证两电极物料不直接接触，防止电池内部短路；具有良好的离子渗透性，存在一定的孔径作为离子通道，保证高离子迁移率 ；具有良好的化学稳定性，特别是在电解液中的耐碱性；良好的吸液性、保液性和吸液速度；具有一定的机械强度。
目前常见的电池隔膜是由维尼纶无纺布和玻璃纸复合成的，因为作为主隔膜的玻璃纸，其耐碱性和湿强度较差，影响电池的储存和使用寿命。另一种是辐射接枝PP膜，其耐碱性和化学稳定性较好，但辐射接枝工艺复杂，放射性安全要求高，制作成本高，环境污染大等缺点，使这种生产工艺面临极大的挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有耐碱性强、化学稳定性佳、亲液性好的电池隔膜，以及提供一种生产工艺简单、环境友好的电池隔膜制备方法。
本发明采用具有强耐碱性的PP微孔膜为主隔膜，但由于PP微孔膜的大分子结构中没有亲水性基团，亲水性能差，因此对PP微孔膜进行改性是必要的。通过对PP微孔膜表面活化处理，既保留了PP微孔膜原有的特性：存在一定的孔径作为离子通道、耐碱性强、化学稳定性好等；又具备了较好的亲液性；层叠上亲水性无纺布作为吸液层，使隔膜具有更好的吸液性、保液性和吸液速度；同时，其生产工艺简单、生产成本低、环境友好等，应用前景广阔。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种电池隔膜，包括主隔膜与吸液层，其中：所述主隔膜为改性的PP微孔膜；所述吸液层为亲水性无纺布；所述主隔膜与所述吸液层之间包括一胶粘剂层。
优选地，所述改性的PP微孔膜是将PP微孔膜浸泡在含有表面活性剂的溶液中进行表面活化处理10s-30min，取出用自然风吹干制得。
优选地，所述PP微孔膜的厚度为20-40μm，孔隙率为40-60%。
优选地，所述含有表面活性剂的溶液是指将聚醇类化合物与选自如下化合物中的一项或多项溶解于水配制而成：磷酸酯类化合物、磺酸酯类化合物、硫酸酯类化合物。
优选地，所述磷酸酯类化合物、磺酸酯类化合物、硫酸酯类化合物中的一项或多项在所述含有表面活性剂的溶液中的重量百分比为1-20%。
优选地，所述磷酸酯类化合物是烷基磷酸酯盐。
优选地，所述磺酸酯类化合物是烷基磺酸酯盐。
优选地，所述硫酸酯类化合物是烷基硫酸酯盐。
优选地，所述聚醇类化合物在所述含有表面活性剂的溶液中的重量百分比为1-10%。
优选地，所述聚醇类化合物是选自如下项中的一项或多项：聚乙二醇HO(CH2CH2O)nH，聚丙三醇HO(CH2CHOHCH2O)nH，聚丙二醇HO[CH2（CH3）CHO]nH，n：2～100。
优选地，所述亲水性无纺布的厚度为0.06-0.12mm，面密度为15-40g/m2。
优选地，所述胶粘剂层的材料由选自如下项中的一项或多项和水调制而成：聚烯醇类、丙烯酸类、羧甲基纤维素类。
优选地，在所述胶粘剂层的材料中，选自如下项中的一项或多项与水的重量比为1-25:100：聚烯醇类、丙烯酸类、羧甲基纤维素类。
本发明还进一步提供一种电池隔膜的制备方法，包括：将改性的PP微孔膜作为所述电池隔膜的主隔膜，将亲水性无纺布作为所述电池隔膜的吸液层，所述主隔膜与所述吸液层之间用胶粘剂粘合。
通过上述技术方案制备的隔膜具有如下性能优势：隔膜的湿强度较好，适用于电池的装配和阻止活性物质的迁移；隔膜的吸液率超过500%，保证了离子的有效交换；耐碱性好，老化测试表明该隔膜浸泡于30%KOH溶液中6年以上稳定；离子交换能力强，隔膜电阻在0.10-0.20Ω·cm2。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
以下结合实际对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
取3g二丁基萘磺酸钠，5g单烷基醚磷酸酯钾盐和4g聚乙二醇溶解于100ml水中，搅匀备用。
膜1：将一张200mmx200mm，厚度25µm，孔隙率45%的PP微孔膜（湿法）浸泡在已配制的溶液中60s，取出自然风吹干。以聚乙烯醇为胶粘剂层叠一张200mmx200mm，厚度0.07-0.08mm，面密度18g/m2的粘胶纤维无纺布，制成电池隔膜。聚乙烯醇和水的重量比为12:100。
膜2：将一张200mmx200mm，厚度25µm，孔隙率40%的PP微孔膜（干法）浸泡在已配制的溶液中60s，取出自然风吹干。以聚乙烯醇为胶粘剂层叠一张200mmx200mm，厚度0.07-0.08mm，面密度18g/m2的粘胶纤维无纺布，制成电池隔膜。聚乙烯醇和水的重量比为12:100。
膜3：将一张200mmx200mm，厚度32µm，孔隙率40%的PP为孔膜（干法）浸泡在已配制的溶液中2min，取出自然风吹干。以羧甲基纤维素为胶粘剂层叠一张200mmx200mm，厚度0.08-0.09mm，面密度22g/m2的维尼纶无纺布，制成电池隔膜。羧甲基纤维素和水的重量比为10:100。
实施例2：
取6g仲烷基硫酸盐，8g异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯钠和6g聚丙三醇溶解于100ml水中，搅匀备用。
膜4：将一张200mmx200mm，厚度25µm，孔隙率45%的PP微孔膜（湿法）浸泡在已配制的溶液中5min，取出自然风吹干。以羧甲基纤维素为胶粘剂层叠一张200mmx200mm，厚度0.08-0.09mm，面密度22g/m2的维尼纶无纺布，制成电池隔膜。羧甲基纤维素和水的重量比为10:100。
膜5：将一张200mmx200mm，厚度25µm，孔隙率55%的PP微孔膜（湿法）浸泡在已配制的溶液中10min，取出自然风吹干。以聚丙烯酸钠为胶粘剂层叠一张200mmx200mm，厚度0.10-0.11mm，面密度30g/m2的维尼纶无纺布，制成电池隔膜。聚丙烯酸钠和水的重量比为8:100。
膜6：将一张200mmx200mm，厚度32µm，孔隙率40%的PP为孔膜（干法）浸泡在已配制的溶液中12min，取出自然风吹干。以聚丙烯酸钠为胶粘剂层叠一张200mmx200mm，厚度0.10-0.11mm，面密度30g/m2的维尼纶无纺布，制成电池隔膜。聚丙烯酸钠和水的重量比为8:100。
所制备隔膜的技术参数：
参数 膜1 膜2 膜3 膜4 膜5 膜6
纵向膨胀率 ≤3% ≤3% ≤3% ≤3% ≤3% ≤3%
横向膨胀率 ≤3% ≤3% ≤3% ≤3% ≤3% ≤3%
纵向抗拉强度 N/cm2 ≥1000 ≥1000 ≥1000 ≥1000 ≥1000 ≥1000
横向抗拉强度 N/cm2 ≥1000 ≥1000 ≥1000 ≥1000 ≥1000 ≥1000
吸碱率 %（30%KOH) 687 663 695 730 752 719
电阻Ω·cm2 0.12 0.15 0.17 0．13 0.11 0.18
电池储存和使用寿命 2-4年 2-3年 2-4年 2-5年 2-4年 2-5年
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (14)

1.一种电池隔膜，包括主隔膜与吸液层，其中：
所述主隔膜为改性的PP微孔膜；
所述吸液层为亲水性无纺布；
所述主隔膜与所述吸液层之间包括一胶粘剂层。
2.如权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述改性的PP微孔膜是将PP微孔膜浸泡在含有表面活性剂的溶液中进行表面活化处理10s-30min，取出用自然风吹干制得。
3.如权利要求2所述的电池隔膜，其特征在于，所述PP微孔膜的厚度为20-40μm，孔隙率为40-60%。
4.如权利要求2所述的电池隔膜，其特征在于，所述含有表面活性剂的溶液是指将聚醇类化合物与选自如下化合物中的一项或多项溶解于水配制而成：磷酸酯类化合物、磺酸酯类化合物、硫酸酯类化合物。
5.如权利要求4所述的电池隔膜，其特征在于，所述磷酸酯类化合物、磺酸酯类化合物、硫酸酯类化合物中的一项或多项在所述含有表面活性剂的溶液中的重量百分比为1-20%。
6.如权利要求4所述的电池隔膜，其特征在于，所述磷酸酯类化合物是烷基磷酸酯盐。
7.如权利要求4所述的电池隔膜，其特征在于，所述磺酸酯类化合物是烷基磺酸酯盐。
8.如权利要求4所述的电池隔膜，其特征在于，所述硫酸酯类化合物是烷基硫酸酯盐。
9.如权利要求4所述的电池隔膜，其特征在于，所述聚醇类化合物在所述含有表面活性剂的溶液中的重量百分比为1-10%。
10.如权利要求4所述的电池隔膜，其特征在于，所述聚醇类化合物是选自如下项中的一项或多项：聚乙二醇HO(CH2CH2O)nH，聚丙三醇HO(CH2CHOHCH2O)nH，聚丙二醇HO[CH2（CH3）CHO]nH，n：2～100。
11.如权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述亲水性无纺布的厚度为0.06-0.12mm，面密度为15-40g/m2。
12.如权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述胶粘剂层的材料由选自如下项中的一项或多项和水调制而成：聚烯醇类、丙烯酸类、羧甲基纤维素类。
13.如权利要求12所述的电池隔膜，其特征在于，在所述胶粘剂层的材料中，选自如下项中的一项或多项与水的重量比为1-25:100：聚烯醇类、丙烯酸类、羧甲基纤维素类。
14.一种电池隔膜的制备方法，包括：将改性的PP微孔膜作为所述电池隔膜的主隔膜，将亲水性无纺布作为所述电池隔膜的吸液层，所述主隔膜与所述吸液层之间用胶粘剂粘合。
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