CN115275508A - 高挺度电池隔膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高挺度电池隔膜及其制备方法，本发明通过在高分子聚乙烯中添加ACR树脂POSS纳米材料复合材料大幅度改善了电池隔膜的挺度值，提高锂离子电池的安全性问题。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体来说涉及一种高挺度电池隔膜及其制备方法。
背景技术
隔膜是锂离子电池生产的关键材料之一，其性能决定了锂电池的界面结构、内阻等性能指标，直接影响电池的容量、电池的循环以及安全性。目前常用的锂电池隔膜主要为聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等聚烯烃高分子材料，湿法成型聚乙烯锂离子隔膜具有孔隙率高、孔径分布均一，具有更加优异的电池性能，是未来动力用锂离子电池隔膜的主要发展方向。
隔膜的功能除给锂电池充放电提供锂离子传递通道外,还起着分隔正、负极作用，其主要用于防止正负极的接触或是被毛刺、颗粒、枝晶刺穿继而发生短路。因此,隔膜的强度、挺度(弹性模量)和稳定性也是隔膜非常重要的生产指标。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种高挺度电池隔膜的制备方法。
本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的高挺度电池隔膜。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种高挺度电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将甲醇和水混合，得到甲醇溶液，加入半硅氧烷搅拌均匀，再加入树脂混合均匀，紫外线照射，得到ACR树脂POSS纳米材料复合材料，其中，按质量份数计，所述甲醇和水的比为10:3，所述甲醇溶液、半硅氧烷和树脂的比为1：1.5：1.5；
在所述步骤1中，所述树脂为ACR树脂(以甲基丙烯酸甲酯为主体的丙烯酸树脂)。
在所述步骤1中，所述紫外线照射为在100～600mJ/cm2紫外下照射5～30s。
步骤2，将高分子聚乙烯、步骤1所得的ACR树脂POSS纳米材料复合材料、抗氧化剂和增塑剂共混，铸片、纵向拉伸、一次横向拉伸、萃取、二次横向拉伸、热定型和收卷，得到高挺度电池隔膜，其中，按质量份数计，所述高分子聚乙烯、ACR树脂交联的POSS纳米材料、抗氧化剂和增塑剂的比为(15～35)：(0.75～1.75)：(0.1～0.5)：(62.75～84.15)。
在所述步骤2中，所述高分子聚乙烯的分子量为30～200万。
在所述步骤2中，所述抗氧化剂为1010抗氧化剂。
在所述步骤2中，所述增塑剂为石蜡油。
在所述步骤2中，所述共混为在双螺杆挤出机中共混，双螺杆挤出机温度为150～240℃，螺杆转速为30～150rpm，冷却辊的温度为10～50℃，冷却辊的速度为3～9m/min。
在所述步骤2中，所述纵向拉伸的温度为90～140℃，倍率为5～10倍。
在所述步骤2中，所述一次横向拉伸的温度为105～130℃，倍率为5～10倍。
在所述步骤2中，所述萃取的温度为20～25℃，萃取的时间为5～10min。
在所述步骤2中，所述萃取的萃取剂为二氯甲烷。
在所述步骤2中，所述二次横向拉伸的温度为127～132℃，倍率为1.1～1.5倍。
在所述步骤2中，所述热定型的温度为80～135℃。
上述制备方法获得的高挺度电池隔膜。
本发明的半硅氧烷是有Si-O交替连接的硅氧骨架组成的无机内核，其形状如同一个“笼子”，其三维尺寸在1-3nm之间，其中Si原子之间的距离为0.5mm，八个顶角Si原子所连接基团之间的距离为1.5nm，属于纳米化合物，该物质能抑制聚合物分子的链运动而赋予杂化材料良好的稳定性、力学性能和阻燃性。Si-O键能为445.2KJ/mol，相比之下C-C键能仅为350.7KJ/mol，C-O键仅为359.1KJ/mol，可见，该物质有很高的强度和增挺作用。利用半硅氧烷上述特性，将半硅氧烷和ACR树脂混合，形成增挺剂，从而改善电池隔膜的挺度。
本发明通过在高分子聚乙烯中添加ACR树脂POSS纳米材料复合材料大幅度改善了电池隔膜的挺度值，提高锂离子电池的安全性问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明具体实施方式中使用的相关仪器设备如下：
弹性模量和拉伸强度测试仪：AGS-X。
透气度测试仪：王研式透气仪。
厚度测试仪：厚度仪C1216。
实施例1
一种高挺度电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将甲醇和水混合，得到甲醇溶液，加入半硅氧烷于130rpm搅拌15min至均匀，再加入树脂于200rpm搅拌20min混合均匀，在430mJ/cm2紫外下照射10s，得到ACR树脂POSS纳米材料复合材料，其中，按质量份数计，甲醇和水的比为10:3，甲醇溶液、半硅氧烷和树脂的比为1：1.5：1.5，树脂为ACR树脂(以甲基丙烯酸甲酯为主体的丙烯酸树脂)；
步骤2，将重均分子量为100万高分子聚乙烯、步骤1所得的ACR树脂交联的POSS纳米材料、抗氧化剂和增塑剂在双螺杆挤出机中共混，铸片、纵向拉伸、一次横向拉伸、萃取、二次横向拉伸、热定型和收卷，得到高挺度电池隔膜，其中，按质量份数计，高分子聚乙烯、ACR树脂POSS纳米材料复合材料、抗氧化剂和增塑剂的比为20：1：0.3：78.7，抗氧化剂为1010抗氧化剂，增塑剂为石蜡油，双螺杆挤出机温度为185℃，螺杆转速为60rpm，冷却辊的温度为25℃，冷却辊的速度为6m/min，纵向拉伸的温度为120℃，倍率为6.8倍，一次横向拉伸的温度为115℃，倍率为7.3，萃取的温度为21℃，萃取的时间为7min，萃取的萃取剂为二氯甲烷，二次横向拉伸的温度为135℃，倍率为1.2倍，热定型的温度为115℃。
在本实施例中，高挺度电池隔膜的厚度为12μm。
实施例2
一种高挺度电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将甲醇和水混合，得到甲醇溶液，加入半硅氧烷于150rpm搅拌10min至均匀，再加入树脂于220rpm搅拌10min混合均匀，在450mJ/cm2紫外下照射10s，得到ACR树脂POSS纳米材料复合材料，其中，按质量份数计，甲醇和水的比为10:3，甲醇溶液、半硅氧烷和树脂的比为1：1.5：1.5，树脂为ACR树脂；
步骤2，将重均分子量为120万高分子聚乙烯、步骤1所得的ACR树脂交联的POSS纳米材料、抗氧化剂和增塑剂在双螺杆挤出机中共混，铸片、纵向拉伸、一次横向拉伸、萃取、二次横向拉伸、热定型和收卷，得到高挺度电池隔膜，其中，按质量份数计，高分子聚乙烯、ACR树脂POSS纳米材料复合材料、抗氧化剂和增塑剂的比为25：1.25：0.3：73.45，抗氧化剂为1010，增塑剂为石蜡油，双螺杆挤出机的温度为190℃，螺杆转速为62rpm，冷却辊的温度为20℃，冷却辊的速度为7m/min，纵向拉伸的温度为130℃，倍率为7.5倍，一次横向拉伸的温度为120℃，倍率为8.7倍，萃取的温度为21℃，萃取的时间为7min，萃取的萃取剂为二氯甲烷，二次横向拉伸的温度为130℃，倍率为1.1倍，热定型的温度为110℃。
在本实施例中，高挺度电池隔膜的孔隙率为55％。
对比例1(与实施例1相比，未加入ACR树脂POSS纳米材料复合材料)
一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
将重均分子量为100万高分子聚乙烯、抗氧化剂和增塑剂在双螺杆挤出机中共混，铸片、纵向拉伸、一次横向拉伸、萃取、二次横向拉伸、热定型和收卷，得到电池隔膜，其中，按质量份数计，高分子聚乙烯、抗氧化剂和增塑剂的比为20：0.3：79.7，抗氧化剂为1010，增塑剂为石蜡油，双螺杆挤出机温度为185℃，螺杆转速为60rpm，冷却辊的温度为23℃，冷却辊的速度为6m/min，纵向拉伸的温度为120℃，倍率为6.8倍，一次横向拉伸的温度为115℃，倍率为7.3，萃取的温度为21℃，萃取的时间为7min，萃取的萃取剂为二氯甲烷，二次横向拉伸的温度为135℃，倍率为1.2倍，热定型的温度为115℃。
在本对比例中，电池隔膜的厚度为12μm。
对比例2(与实施例2相比，未加入ACR树脂POSS纳米材料复合材料)
一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤:
将重均分子量为120万高分子聚乙烯、抗氧化剂和增塑剂在双螺杆挤出机中共混，铸片、纵向拉伸、一次横向拉伸、萃取、二次横向拉伸、热定型和收卷，得到电池隔膜，其中，按质量份数计，高分子聚乙烯、抗氧化剂和增塑剂的比为25：0.3：74.7，抗氧化剂为1010，增塑剂为石蜡油，双螺杆挤出机的温度为190℃，螺杆转速为62rpm，冷却辊的温度为25℃，冷却辊的速度为7m/min，纵向拉伸的温度为130℃，倍率为7.5倍，一次横向拉伸的温度为120℃，倍率为8倍，萃取的温度为21℃，萃取的时间为7min，萃取的萃取剂为二氯甲烷，二次横向拉伸的温度为130℃，倍率为1.1倍，热定型的温度为110℃。
在本对比例中，电池隔膜的孔隙率为55％。
将实施例1～2所得的高挺度电池隔膜和对比例1-2所得的电池隔膜进行性能测试，测试结果如表1所示，其中，采用透气度测试仪测试透气度，采用厚度测试仪测试厚度。
表1
由表1可知，实施例和对比例相比，由于实施例中添加了ACR树脂POSS纳米材料复合材料使得改善了高挺度电池隔膜的拉伸强度和弹性模量。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高挺度电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将甲醇和水混合，得到甲醇溶液，加入半硅氧烷搅拌均匀，再加入树脂混合均匀，紫外线照射，得到ACR树脂POSS纳米材料复合材料，其中，按质量份数计，所述甲醇和水的比为10：3，所述甲醇溶液、半硅氧烷和树脂的比为1：1.5：1.5；
步骤2，将高分子聚乙烯、步骤1所得的ACR树脂POSS纳米材料复合材料、抗氧化剂和增塑剂共混，铸片、纵向拉伸、一次横向拉伸、萃取、二次横向拉伸、热定型和收卷，得到高挺度电池隔膜，其中，按质量份数计，所述高分子聚乙烯、ACR树脂交联的POSS纳米材料、抗氧化剂和增塑剂的比为(15～35)：(0.75～1.75)：(0.1～0.5)：(62.75～84.15)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述树脂为ACR树脂。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述紫外线照射为在100～600mJ/cm2紫外下照射5～30s。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述高分子聚乙烯的分子量为30～200万。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述抗氧化剂为1010抗氧化剂，所述增塑剂为石蜡油。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述共混为在双螺杆挤出机中共混，双螺杆挤出机温度为150～240℃，螺杆转速为30～150rpm，冷却辊的温度为10～50℃，冷却辊的速度为3～9m/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述纵向拉伸的温度为90～140℃，倍率为5～10倍，所述一次横向拉伸的温度为105～130℃，倍率为5～10倍，所述二次横向拉伸的温度为127～132℃，倍率为1.1～1.5倍。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述萃取的温度为20～25℃，萃取的时间为5～10min，所述萃取的萃取剂为二氯甲烷。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述热定型的温度为80～135℃。
10.如权利要求1～9中任一项所述的制备方法获得的高挺度电池隔膜。
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