電池隔膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電池隔膜的制備方法，包括以下步驟：提供一種聚烯烴多孔膜；在該聚烯烴多孔膜表面附著氧化劑；提供具有有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)，該有機(jī)硅氧化合物包括甲基丙烯酰氧基團(tuán)及至少兩個烷氧基團(tuán)，該烷氧基團(tuán)與該甲基丙烯酰氧基團(tuán)分別與硅原子連接；將該表面吸附氧化劑的聚烯烴多孔膜在該液相介質(zhì)中加熱，使該有機(jī)硅氧化合物聚合，并與該聚烯烴多孔膜接枝；提供酸性環(huán)境或堿性環(huán)境，將該接枝后的聚烯烴多孔膜置于酸性環(huán)境或堿性環(huán)境中，使硅氧基團(tuán)發(fā)生縮合反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接枝在該聚烯烴多孔膜上。本發(fā)明還涉及一種電池隔膜。
【專利說明】電池隔膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電池隔膜及其制備方法，尤其涉及一種鋰離子電池隔膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著鋰離子電池在移動電話、電動車與能量儲存系統(tǒng)等新能源應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，鋰離子電池的安全性問題顯得尤為重要?；趯︿囯x子電池安全問題的原因分析，可以從以下幾方面來提高鋰離子電池的安全性:一是通過優(yōu)化鋰離子電池的設(shè)計(jì)和管理等，對鋰離子電池充放電過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和處理，保證鋰離子電池的使用安全，二是改進(jìn)或開發(fā)新的電極材料，提高電池本征安全性能，三是使用新型安全性的電解質(zhì)和隔膜體系，提高電池安全性能。
[0003]隔膜是鋰離子電池結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，其作用是能使電解質(zhì)離子通過而又隔絕電子、分隔陰極與陽極接觸防止短路。傳統(tǒng)的鋰離子電池隔膜是聚烯烴，如聚丙烯(PP)及聚乙烯(PE)經(jīng)物理(如拉伸法)或化學(xué)(如萃取法)制孔工藝制備的多孔薄膜，如日本旭化成Asah1、東燃化學(xué)Tonen、宇部Ube、美國Celgard等外國公司的隔膜產(chǎn)品。作為隔膜的基體聚合物，聚烯烴具有強(qiáng)度高、耐酸堿性好、耐溶劑性好等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是熔點(diǎn)較低(130°C?160°C)，高溫易收縮或熔斷。當(dāng)電池發(fā)生熱失控，溫度達(dá)到聚合物熔點(diǎn)附近，隔膜發(fā)生大幅收縮及熔融破裂，電池正負(fù)極短路，加速電池的熱失控，進(jìn)而導(dǎo)致電池起火、爆炸等安全事故。
[0004]傳統(tǒng)的改善聚烯烴隔膜的熱安全性的方法主要為在聚烯烴隔膜表面刮涂陶瓷化納米粒子(如SiO2納米粉體)涂層，而涂層的引入又會因?yàn)轭w粒聚集而產(chǎn)生不均勻的導(dǎo)鋰電流以及由于顆粒脫落而產(chǎn)生“掉粉”現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，確有必要提供一種具有較好的耐熱收縮性的電池隔膜及其制備方法，可以具有良好的電化學(xué)性能且避免產(chǎn)生“掉粉”現(xiàn)象。
[0006]一種電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:提供聚烯烴多孔膜；在該聚烯烴多孔膜表面附著氧化劑；提供具有有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)，該有機(jī)硅氧化合物包括甲基丙烯酰氧基團(tuán)及至少兩個烷氧基團(tuán)，該烷氧基團(tuán)與該甲基丙烯酰氧基團(tuán)分別與硅原子連接，將該表面吸附氧化劑的聚烯烴多孔膜在該液相介質(zhì)中加熱，使該有機(jī)硅氧化合物聚合，并與該聚烯烴多孔膜接枝；提供一酸性環(huán)境或堿性環(huán)境，將該接枝后的聚烯烴多孔膜置于酸性環(huán)境或堿性環(huán)境中，使有機(jī)硅氧化合物的硅氧基團(tuán)發(fā)生縮合反應(yīng)，形成硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接枝在該聚烯烴多孔膜上。
[0007]另一種電池隔膜的制備方法，包括以下步驟:提供聚烯烴多孔膜；在該聚烯烴多孔膜表面附著氧化劑；提供具有第一有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)，該第一有機(jī)硅氧化合物包括甲基丙烯酰氧基團(tuán)及至少一個烷氧基團(tuán)，該烷氧基團(tuán)與該甲基丙烯酰氧基團(tuán)分別與硅原子連接，將該表面吸附氧化劑的聚烯烴多孔膜在該具有第一有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)中加熱，使該第一有機(jī)硅氧化合物聚合，并與該聚烯烴多孔膜接枝；提供具有第二有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)，該第二有機(jī)硅氧化合物包括至少兩個烷氧基團(tuán)，該烷氧基團(tuán)分別與硅原子連接，將該接枝后的聚烯烴多孔膜置于該具有第二有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)中，使該第二有機(jī)硅氧化合物附著于該接枝后的聚烯烴多孔膜；以及提供酸性環(huán)境或堿性環(huán)境，將附著有第二有機(jī)硅氧化合物的接枝后的聚烯烴多孔膜置于該酸性環(huán)境或堿性環(huán)境中，使兩類硅氧基團(tuán)發(fā)生縮合反應(yīng)，形成硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接枝在該聚烯烴多孔膜上。
[0008]一種電池隔膜，包括聚烯烴多孔膜及接枝于該聚烯烴多孔膜上的硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)
構(gòu)，該硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括
【權(quán)利要求】
1.一種電池隔膜的制備方法，包括以下步驟: 提供聚烯烴多孔膜； 在該聚烯烴多孔膜表面附著氧化劑； 提供具有有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)，該有機(jī)硅氧化合物包括甲基丙烯酰氧基團(tuán)及至少兩個烷氧基團(tuán)，該烷氧基團(tuán)與該甲基丙烯酰氧基團(tuán)分別與硅原子連接，將該表面吸附氧化劑的聚烯烴多孔膜在該液相介質(zhì)中加熱，使該有機(jī)硅氧化合物聚合，并與該聚烯烴多孔膜接枝；以及 提供一酸性環(huán)境或堿性環(huán)境，將該接枝后的聚烯烴多孔膜置于酸性環(huán)境或堿性環(huán)境中，使有機(jī)硅氧化合物的硅氧基團(tuán)發(fā)生縮合反應(yīng)，形成硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接枝在該聚烯烴多孔膜上。
2.如權(quán)利要求1所述的電池隔膜的制備方法，其特征在于，該有機(jī)硅氧化合物為3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷及3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基 甲氧基娃燒中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的電池隔膜的制備方法，其特征在于，該有機(jī)硅氧化合物在該液相介質(zhì)中不溶。
4.如權(quán)利要求1所述的電池隔膜的制備方法，其特征在于，在將該表面具有氧化劑的聚烯烴多孔膜在該液相介質(zhì)中加熱，使該有機(jī)硅氧化合物聚合，并與該聚烯烴多孔膜接枝的步驟后，進(jìn)一步包括通過溶劑洗滌該接枝后的聚烯烴多孔膜以去除未接枝的聚合物的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的電池隔膜的制備方法，其特征在于，該加熱溫度為85°C至95°C。
6.一種電池隔膜的制備方法，包括以下步驟: 提供聚烯烴多孔膜； 在該聚烯烴多孔膜表面附著氧化劑； 提供具有第一有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)，該第一有機(jī)硅氧化合物包括甲基丙烯酰氧基團(tuán)及至少一個烷氧基團(tuán)，該烷氧基團(tuán)與該甲基丙烯酰氧基團(tuán)分別與硅原子連接，將該表面吸附氧化劑的聚烯烴多孔膜在該具有第一有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)中加熱，使該第一有機(jī)硅氧化合物聚合，并與該聚烯烴多孔膜接枝； 提供具有第二有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)，該第二有機(jī)硅氧化合物包括至少兩個烷氧基團(tuán)，該烷氧基團(tuán)分別與硅原子連接，將該接枝后的聚烯烴多孔膜置于該具有第二有機(jī)硅氧化合物的液相介質(zhì)中，使該第二有機(jī)硅氧化合物附著于該接枝后的聚烯烴多孔膜；以及 提供一酸性環(huán)境或堿性環(huán)境，將附著有第二有機(jī)硅氧化合物的接枝后的聚烯烴多孔膜置于該酸性環(huán)境或堿性環(huán)境中，使第一有機(jī)硅氧化合物及第二有機(jī)硅氧化合物中的硅氧基團(tuán)相互發(fā)生縮合反應(yīng)，形成硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)接枝在該聚烯烴多孔膜上。
7.如權(quán)利要求6所述的電池隔膜的制備方法,其特征在于,該第一有機(jī)娃氧化合物在該液相介質(zhì)中的質(zhì)量百分比濃度為0.2%?7.5%。
8.如權(quán)利要求6所述的電池隔膜的制備方法，其特征在于，該第二有機(jī)硅氧化合物為四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、3- (2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷及3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的至少一種。
9.如權(quán)利要求6所述的電池隔膜的制備方法，其特征在于，該第二有機(jī)硅氧化合物的質(zhì)量百分比濃度為10%?50%。
10.一種電池隔膜，包括聚烯烴多孔膜，其特征在于，進(jìn)一步包括接枝于該聚烯烴多孔膜上的硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括
11.如權(quán)利要求10所述的電池隔膜，其特征在于，該硅氧交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過聚甲基丙烯酸類基團(tuán)接枝于該聚烯烴多孔膜。
【文檔編號】H01M2/16GK103441229SQ201310309939
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】趙鵬, 何向明, 楊聚平, 尚玉明, 王莉, 李建軍, 高劍 申請人:清華大學(xué)