CN110289383A - 一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，其原料包含聚苯硫醚，聚丙烯，聚硅酮，1,8‑二氨基萘，对苯二酚，介孔碳，磷酸三钙微粉末，二甲基硅油，石蜡油，热稳定剂，抗氧化剂；所述聚苯硫醚，聚丙烯，聚硅酮的比例为5‑10：20‑30：2‑3；所述介孔碳，磷酸三钙微粉末，二甲基硅油，石蜡油充分混合均匀后，加热搅拌制成糊状后使用。本发明的锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，具有耐高温，耐腐蚀的特征，且孔隙率高，孔隙均匀。

Description

一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料及其制备方法
技术领域
本发明属于膜材料领域，具体涉及一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池因为具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应等优点，近年来得到快速发展，特别随着锂离子动力电池在电动汽车的成功应用，发展速度达到空前。但是锂离子动力电池的安全性一直是制约其发展的关键问题，隔膜正是关乎锂离子动力电池安全性的关键组成部分。隔膜是具有多孔结构的电绝缘性薄膜，主要作用是隔离正、负极，并使电池内的电子不能自由穿过，同时能够让电解质离子通过，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、循环寿命等特性，因此隔膜需要具有高的孔隙率、良好的机械性能、良好的化学稳定性和电化学稳定性，在反复充放电过程中对电解液保持高度浸润性，同时具有非常好的高温稳定性。
目前，锂离子电池隔膜主要为聚烯烃薄膜，该隔膜材质的局限性在于：耐温性能有限，通常低于150℃，使得锂离子电池的安全性降低；对电解液浸润性能差、保持能力差，从而影响电池的循环性能，此类隔膜静电较大，容易在电池制造过程中引起电池短路，因此不适合作为电动汽车应用的锂离子动力电池隔膜。
隔膜在锂离子动力电池中占据非常重要的地位，也是锂离子动力电池材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料，生产动力电池隔膜的技术和装备都被列入西方对中国限制出口的清单，全球90％的隔膜产能把握在美国、日本和欧洲个别企业手中，中国所需动力电池隔膜全部需要进口。
发明内容
本发明提供一种高性能的锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料及其制备方法，具有耐高温，耐腐蚀的特征，且孔隙率高，孔隙均匀。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：其原料包含聚苯硫醚，聚丙烯，聚硅酮，1,8-二氨基萘，对苯二酚，介孔碳，磷酸三钙微粉末，二甲基硅油，石蜡油，热稳定剂，抗氧化剂；所述聚苯硫醚，聚丙烯，聚硅酮的比例为5-10：20-30：2-3；所述介孔碳，磷酸三钙微粉末，二甲基硅油，石蜡油充分混合均匀后，加热搅拌制成糊状后使用。
进一步地，原料按质量份包含5-10份的聚苯硫醚，20-30份的聚丙烯，2-3份的聚硅酮，0.2-0.6份的1,8-二氨基萘，0.1-0.3份的对苯二酚，5-10份的介孔碳，0.5-1份的磷酸三钙微粉末，2-4份的二甲基硅油，20-40份的石蜡油，0.1-0.2份的热稳定剂，0.1-0.2份的抗氧化剂。
进一步地，所述介孔碳的平均孔径为2nm，介孔碳为无定型介孔碳。
进一步地，所述热稳定剂为亚磷酸三癸酯。
进一步地，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010。
一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将介孔碳，磷酸三钙微粉末，二甲基硅油，石蜡油倒入搅拌器中，加热至80℃，以800转/分钟的转速混合搅拌45分钟后备用；
(2)将将步骤1中的混合料与其他原料混合后，经入料斗导入挤出机内，并经加热后由挤出机的模头熔融挤出，控制厚度为1mm，制得基片，之后将基片冷却，成型后以得到基膜；
(3)将步骤2中的基膜放入拉伸机中，并沿着横向与纵向分别进行三次的拉伸操作，然后浸入装有浓度为90％的二氯甲烷萃取槽内，且在常温下浸泡20分钟，并结合超声波发生器产生的超声波萃取出石蜡油，以制得耐高温微孔薄膜材料；
(4)分切定型处理：将步骤3中制得的耐高温微孔薄膜材料分切成相同大小的形状，并统一放入烘箱中进行热定型操作，且热定型温度控制在100度，保持5分钟，取出并缓慢冷却至室温即可。
进一步地，所述步骤2中挤出机由入料斗沿着模头方向，依次设置有三段加热区间，且温度依次为250至210度、210至170度和170至130度。
进一步地，所述步骤3中三次拉伸中第一次横纵向拉伸的拉伸倍率控制在1.2，拉伸温度控制在20-30度，第二次横纵向拉伸的拉伸倍率控制在4-6，拉伸温度控制在80-100度，第三次横纵向拉伸的的拉伸倍率控制在8-10，拉伸温度控制在120-140度。
本发明的有益效果在于：通过聚苯硫醚，聚丙烯，聚硅酮进行配合作为主要成分，在一定比例内，能够实现性能最优化。同时加入1,8-二氨基萘，对苯二酚组分，在高温挤出时，1,8-二氨基萘，对苯二酚发生自交联和互相交联，形成一定分子量的聚合态物质，提高组分的粘合程度和交联度，提高耐高温效果，1,8-二氨基萘在温度较低熔融可以更好的起到分散的效果，两者形成的聚合物能够有效提高整个体系的弹性和拉伸强度，使在拉伸过程中不会发生大孔隙位置的出现，同时由于其对介孔碳的表面具有良好的吸附效果，形成均匀的分散和保护层，能够使形成的孔隙均匀出现。本发明中通过介孔碳，磷酸三钙微粉末，二甲基硅油，石蜡油，通过介孔碳，磷酸三钙微粉末对二甲基硅油，石蜡油进行吸附吸收，二甲基硅油主要起到表面改性的效果，提高分散性，与传统技术相比，将石蜡油被介孔碳吸收后，能够更好的分散均匀，在洗涤过程中，能够均匀的释放出来，从而使形成的孔隙均匀，且孔隙直径小，磷酸三钙起到稳定的效果，提高介孔碳的吸收程度，和耐高温效果，同时进一步提高形成孔隙的均匀性。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，原料按质量份包含7.5份的聚苯硫醚，25份的聚丙烯，2.5份的聚硅酮，0.4份的1,8-二氨基萘，0.2份的对苯二酚，7.5份的介孔碳，0.75份的磷酸三钙微粉末，3份的二甲基硅油，30份的石蜡油，0.15份的热稳定剂，0.15份的抗氧化剂。
所述介孔碳的平均孔径为2nm，介孔碳为无定型介孔碳。所述热稳定剂为亚磷酸三癸酯。所述抗氧化剂为抗氧化剂1010。
一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将介孔碳，磷酸三钙微粉末，二甲基硅油，石蜡油倒入搅拌器中，加热至80℃，以800转/分钟的转速混合搅拌45分钟后备用；
(2)将将步骤1中的混合料与其他原料混合后，经入料斗导入挤出机内，并经加热后由挤出机的模头熔融挤出，控制厚度为1mm，制得基片，之后将基片冷却，成型后以得到基膜；
(3)将步骤2中的基膜放入拉伸机中，并沿着横向与纵向分别进行三次的拉伸操作，然后浸入装有浓度为90％的二氯甲烷萃取槽内，且在常温下浸泡20分钟，并结合超声波发生器产生的超声波萃取出石蜡油，以制得耐高温微孔薄膜材料；
(4)分切定型处理：将步骤3中制得的耐高温微孔薄膜材料分切成相同大小的形状，并统一放入烘箱中进行热定型操作，且热定型温度控制在100度，保持5分钟，取出并缓慢冷却至室温即可。
所述步骤2中挤出机由入料斗沿着模头方向，依次设置有三段加热区间，且温度依次为250至210度、210至170度和170至130度。所述步骤3中三次拉伸中第一次横纵向拉伸的拉伸倍率控制在1.2，拉伸温度控制在20-30度，第二次横纵向拉伸的拉伸倍率控制在5，拉伸温度控制在80-100度，第三次横纵向拉伸的的拉伸倍率控制在9，拉伸温度控制在120-140度。
实施例2
一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，原料按质量份包含5份的聚苯硫醚，30份的聚丙烯，2份的聚硅酮，0.6份的1,8-二氨基萘，0.1份的对苯二酚，10份的介孔碳，0.5份的磷酸三钙微粉末，4份的二甲基硅油，20份的石蜡油，0.2份的热稳定剂，0.1份的抗氧化剂。
实施例2的制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，原料按质量份包含10份的聚苯硫醚，20份的聚丙烯，3份的聚硅酮，0.2份的1,8-二氨基萘，0.3份的对苯二酚，5份的介孔碳，1份的磷酸三钙微粉末，2份的二甲基硅油，40份的石蜡油，0.1份的热稳定剂，0.2份的抗氧化剂。
实施例3的制备方法与实施例1相同。
对比例1
与实施例1相同，除了不加入聚硅酮。
对比例2
与实施例1相同，除了聚苯硫醚，聚丙烯，聚硅酮的比例为2.5：40：1。
对比例3
与实施例1相同，除了聚苯硫醚，聚丙烯，聚硅酮的比例为12.5：15：4。
对比例4
与实施例1相同，除了不加入1,8-二氨基萘，对苯二酚。
对比例5
与实施例1相同，除了不加入1,8-二氨基萘。
对比例6
与实施例1相同，除了不加入对苯二酚。
对比例7
与实施例1相同，除了不加入介孔碳，磷酸三钙。
对比例8
与实施例1相同，除了不进行步骤1，将所有原料直接混合后挤出。
表1
由实施例和对比例1-3可知，不加入聚硅酮或者聚苯硫醚，聚丙烯，聚硅酮比例不在特定范围内，耐高温性能下降明显，且孔径分布较宽。由实施例1和对比例4-6可知，1,8-二氨基萘，对苯二酚的加入可以有效提高耐高温性能和孔径分布。由实施例1和对比例7,8可知，介孔碳体系的加入可以明显改善孔径分布，且当介孔碳先吸附石蜡油后然后加入可以明显改善孔径范围。

Claims (8)

1.一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：其原料包含聚苯硫醚，聚丙烯，聚硅酮，1,8-二氨基萘，对苯二酚，介孔碳，磷酸三钙微粉末，二甲基硅油，石蜡油，热稳定剂，抗氧化剂；所述聚苯硫醚，聚丙烯，聚硅酮的比例为5-10：20-30：2-3；所述介孔碳，磷酸三钙微粉末，二甲基硅油，石蜡油充分混合均匀后，加热搅拌制成糊状后使用。
2.根据权利要求1所述的锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：原料按质量份包含5-10份的聚苯硫醚，20-30份的聚丙烯，2-3份的聚硅酮，0.2-0.6份的1,8-二氨基萘，0.1-0.3份的对苯二酚，5-10份的介孔碳，0.5-1份的磷酸三钙微粉末，2-4份的二甲基硅油，20-40份的石蜡油，0.1-0.2份的热稳定剂，0.1-0.2份的抗氧化剂。
3.根据权利要求1所述的锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述介孔碳的平均孔径为2nm，介孔碳为无定型介孔碳。
4.根据权利要求1所述的锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述热稳定剂为亚磷酸三癸酯。
5.根据权利要求1所述的锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料，其特征在于：所述抗氧化剂为抗氧化剂1010。
6.一种锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将介孔碳，磷酸三钙微粉末，二甲基硅油，石蜡油倒入搅拌器中，加热至80℃，以800转/分钟的转速混合搅拌45分钟后备用；
(2)将将步骤1中的混合料与其他原料混合后，经入料斗导入挤出机内，并经加热后由挤出机的模头熔融挤出，控制厚度为1mm，制得基片，之后将基片冷却，成型后以得到基膜；
(3)将步骤2中的基膜放入拉伸机中，并沿着横向与纵向分别进行三次的拉伸操作，然后浸入装有浓度为90％的二氯甲烷萃取槽内，且在常温下浸泡20分钟，并结合超声波发生器产生的超声波萃取出石蜡油，以制得耐高温微孔薄膜材料；
(4)分切定型处理：将步骤3中制得的耐高温微孔薄膜材料分切成相同大小的形状，并统一放入烘箱中进行热定型操作，且热定型温度控制在100度，保持5分钟，取出并缓慢冷却至室温即可。
7.根据权利要求6所述的锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中挤出机由入料斗沿着模头方向，依次设置有三段加热区间，且温度依次为250至210度、210至170度和170至130度。
8.根据权利要求6所述的锂电池动力电池耐高温微孔薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中三次拉伸中第一次横纵向拉伸的拉伸倍率控制在1.2，拉伸温度控制在20-30度，第二次横纵向拉伸的拉伸倍率控制在4-6，拉伸温度控制在80-100度，第三次横纵向拉伸的的拉伸倍率控制在8-10，拉伸温度控制在120-140度。
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