一种具有高机械强度和耐热性微孔聚合物隔膜的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有高机械强度和耐热性微孔聚合物隔膜的制备方法，其特征在于其具体步骤如下：(1)将聚合物PVDF-HFP溶解在有机溶剂中，经加热、强力搅拌，待其充分溶解后加入耐高温树脂颗粒，耐高温树脂颗粒与聚合物PVDF-HFP的质量比为0.01～0.15：1，继续加热、搅拌一段时间后，得到分散性较好的胶体混合液；（2）向胶体混合液中逐滴加入非溶剂，继续搅拌；（3）将步骤（2）中的胶体混合液浇注于玻璃板上，刮涂成膜，（4）取下膜，真空烘干。其制得的微孔聚合物隔膜具有良好的热稳定性，良好机械强度及良好吸液/保液能力，以该隔膜组装的锂离子电池的离子电导率、循环性能和安全性能有了较大幅度的提高。
【专利说明】一种具有高机械强度和耐热性微孔聚合物隔膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有高机械强度和耐热性微孔聚合物隔膜的制备方法，属于电 池、电容领域。
【背景技术】
[0002] 隔膜作为电池的关键部件，将直接影响电池的容量、循环性能以及安全性能。近年 来，多孔聚合物体系引起了人们的广泛关注，1994年美国Bellcore公司用聚偏氟乙烯-六 氟丙烯（PVDF-HFP)通过增塑/萃取工艺制得微孔结构的聚合物膜，增加了聚合物电解质的 吸液率，但PVDF-HFP基聚合物隔膜存在离子迁移数低、热稳定性不好以及界面相容性不好 等缺点。研究表明，在聚合物电解质中添加无极纳米材料，可以改善聚合物电解质的性能。
[0003] 专利CN 101260216A公开了 PVDF-HFP基复合聚合物隔膜及其制备方法，即将 PVDF-HFP溶解在有机溶剂中，待六偏磷酸钠、无机超细粉末和蒸馏水共混搅拌均匀后，加入 PVDF-HFP胶液中，再经浇注模具中即得到PVDF-HFP基复合多孔聚合物隔膜。该法加入六偏 磷酸钠后虽然大大提高了离子迁移数，但并没有明显改善界面相容性，而且组装电池后的 倍率性能和循环性能较差。
[0004] 专利CN102731944A公开了一种钾盐/聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物复合膜的制 备。即将原料二氧化硅和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物共混后，在平整的玻璃板上流延 成膜，将其放入烘箱干燥10?20h，最后在马弗炉中经热处理0. 5?8h，即得到聚偏氟乙 烯-六氟丙烯共聚物、钾盐复合膜。该法制备的隔膜虽然可以提高导电性和耐热性，但是， 该制备工艺繁琐、费时。本专利的设计思路是，在聚合物电解质中添加一定粒径的耐高温树 脂颗粒。树脂颗粒通过吸附、固化聚合物，将聚合物电解质留存在电极的界面内，从而增强 力学性能和耐热性能，再通过非溶剂的致孔作用，形成丰富的孔穴，从而提高隔膜的吸液/ 持液率。树脂颗粒具有优异的机械性能和热性能，是一种极好的添加材料。
【发明内容】
[0005] 本的目的是提供一种具有高机械强度和耐热性微孔聚合物隔膜的制备方法，其制 得的微孔聚合物隔膜具有良好的热稳定性，良好机械强度及良好吸液/保液能力，以该隔 膜组装的锂离子电池的离子电导率、循环性能和安全性能有了较大幅度的提高。
[0006] 本发明的技术方案是这样实现的：一种具有高机械强度和耐热性微孔聚合物隔膜 的制备方法，其特征在于其制备具体步骤如下：（1)将聚合物PVDF-HFP溶解在有机溶剂中， 聚合物PVDF-HFP重均分子量为40万?50万，有机溶剂与聚合物PVDF-HFP的质量比为 5. 2?9. 6 :1，经加热、强力搅拌，待其充分溶解后加入耐高温树脂颗粒，耐高温树脂颗粒与 聚合物PVDF-HFP的质量比为0. 01?0. 15 :1，继续加热、搅拌一段时间后，得到分散性较好 的胶体混合液；（2)向步骤一中的胶体混合液中逐滴加入非溶剂，非溶剂与有机溶剂的质 量比为0. 08?0. 21 :1，继续搅拌；（3)将步骤（2)中的胶体混合液浇注于玻璃板上，刮涂成 膜，膜厚度为18?45 μ m ; (4)取下膜，在50°C?70°C的温度下对膜进行2?10h真空烘 干。
[0007] 所述的有机溶剂为丙酮，N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种， 具体地，其比例为丙酮/N，N-二甲基甲酰胺/N-甲基吡咯烷酮=(Tl/(Tl/(n。
[0008] 所述的耐高温树脂颗粒为聚醚酮、聚醚醚酮，聚醚醚酮酮，聚醚酮醚酮酮、 聚苯并噻唑、聚苯并咪唑、聚苯硫醚中的一种或几种，具体地，其比例为聚醚酮/聚 醚醚酮/聚醚醚酮酮/聚醚酮醚酮酮/聚苯并噻唑/聚苯并咪唑/聚苯硫醚 =0?1/0?1/0?1/0?1/0?1/0?1/0?1。
[0009] 所述的非溶剂为正丁醇、水、无水乙醇中的一种或几种组合，具体地，其比例为正 丁醇/水/无水乙醇=(η/(η/(Γι。
[0010] 本发明的积极效果是其是将PVDF-HFP胶液与耐高温树脂颗粒共混并结合造孔技 术，所制备的隔膜具有较高机械强度、耐热性及吸液/持液率，以该隔膜组装成的锂离子电 池整体的倍率性能、循环性能和安全性能大大提高，且本发明制备方法简便易行、绿色环 保。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明和某商业化隔膜的TG曲线图。
[0012] 图2是本发明实施例2、PVDF-HFP隔膜和某商业化隔膜在90°C、135°C、165°C环境 下各加 lh的效果图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：如图1所示，一种具有高机械强 度和耐热性微孔聚合物隔膜的制备方法，其特征在于其制备方法，具体步骤如下：（1)将聚 合物PVDF-HFP溶解在有机溶剂中，聚合物PVDF-HFP重均分子量为40万?50万，有机溶 剂与聚合物PVDF-HFP的质量比为5. 2?9. 6 :1，经加热、强力搅拌，待其充分溶解后加入耐 高温树脂颗粒，耐高温树脂颗粒与聚合物PVDF-HFP的质量比为0. 01?0. 15 :1，继续加热、 搅拌一段时间后，得到分散性较好的胶体混合液；（2)向步骤一中的胶体混合液中逐滴加 入非溶剂，非溶剂与有机溶剂的质量比为〇. 08?0. 21 :1，继续搅拌；（3)将步骤（2)中的胶 体混合液浇注于玻璃板上，刮涂成膜，膜厚度为18?45 μ m ; (4)取下膜，在50°C?70°C的 温度下对膜进行2?10h真空烘干。
[0014] 所述的有机溶剂为丙酮，N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种， 具体地，其比例为丙酮/N，N-二甲基甲酰胺/N-甲基吡咯烷酮=(Tl/(Tl/(n。
[0015] 所述的耐高温树脂颗粒为聚醚酮、聚醚醚酮，聚醚醚酮酮，聚醚酮醚酮酮、 聚苯并噻唑、聚苯并咪唑、聚苯硫醚中的一种或几种，具体地，其比例为聚醚酮/聚 醚醚酮/聚醚醚酮酮/聚醚酮醚酮酮/聚苯并噻唑/聚苯并咪唑/聚苯硫醚 =0?1/0?1/0?1/0?1/0?1/0?1/0?1。
[0016] 所述的非溶剂为正丁醇、水、无水乙醇中的一种或几种组合，具体地，其比例为正 丁醇/水/无水乙醇=(η/(η/(Γι。
[0017] 实施例1 (1)将5. 0g分子量为40万PVDF-HFP溶解在48g丙酮中，经加热、强力搅拌，待其充分 溶解后加入超细粉末聚醚醚酮酮0. 〇5g，继续加热、搅拌一段时间后，得到分散性较好的胶 体混合液；（2)向步骤一中的胶体混合液中逐滴加入3. 84 g正丁醇，继续搅拌；（3)将步骤 二中的胶体混合液浇注于玻璃板上，刮涂成膜；（4)取下膜，70°C的温度下对膜进行2h真空 烘干。以该实施例制备出的隔膜厚度为18μπι，如图1所示。
[0018] 实施例2 (1)将5. 0g分子量为50万PVDF-HFP溶解在13g Ν，Ν-二甲基甲酰胺中，经加热、强力 搅拌，待其充分溶解后加入超细粉末聚醚醚酮〇. 25g，继续加热、搅拌一段时间后，得到分散 性较好的胶体混合液；（2)向步骤一中的胶体混合液中逐滴加2. 73g乙醇，继续搅拌；（3) 将步骤二中的胶体混合液浇注于玻璃板上，刮涂成膜；（4)取下膜，在70°C的温度下对膜进 行5h真空烘干。该实施例制备出的隔膜厚度为45 μ m，以该实施例制备的隔膜的耐热性好， 在165°C，lh条件下，热收缩仅为0. 5%，表现出优异的耐热性能。图2为实施例2制备的隔 膜、PVDF-HFP隔膜和某商业化隔膜在90°C、135°C、165°C环境下各加 lh的照片。
[0019] 实施例3 (1)将5. 0g分子量为45万PVDF-HFP溶解在18g丙酮和14gN-甲基吡咯烷酮混合溶 剂中，经加热、强力搅拌，待其充分溶解后加入超细粉末聚苯硫醚0. 75g，继续加热、搅拌一 段时间后，得到分散性较好的胶体混合液；（2)向步骤一中的胶体混合液中逐滴加入2. 56g 水，继续搅拌；（3)将步骤二中的胶体混合液浇注于玻璃板上，刮涂成膜；（4)取下膜，在 60°C的温度下对膜进行5h真空烘干。该实施例制备出的隔膜厚度为28 μ m，拉伸强度为 12. 76MPa，表现出优异的机械性能。
[0020] 表1为实施例3制备的隔膜与某商品化隔膜的拉伸强度实验数据。
【权利要求】
1. 一种具有高机械强度和耐热性微孔聚合物隔膜的制备方法，其特征在于其制备具体 步骤如下：（1)将聚合物PVDF-HFP溶解在有机溶剂中，聚合物PVDF-HFP重均分子量为40 万?50万，有机溶剂与聚合物PVDF-HFP的质量比为5. 2?9. 6 : 1，经加热、强力搅拌，待其 充分溶解后加入耐高温树脂颗粒，耐高温树脂颗粒与聚合物PVDF-HFP的质量比为0. 01? 0. 15 :1，继续加热、搅拌一段时间后，得到分散性较好的胶体混合液；（2)向步骤一中的胶 体混合液中逐滴加入非溶剂，非溶剂与有机溶剂的质量比为〇. 08?0. 21 :1，继续搅拌； (3)将步骤（2)中的胶体混合液浇注于玻璃板上，刮涂成膜，膜厚度为18?45μπι; (4)取 下膜，在50°C?70°C的温度下对膜进行2?10h真空烘干。
2. 根据权利要求1中所述的一种具有高机械强度和耐热性微孔聚合物隔膜的制备方 法，其特征在于所述的有机溶剂为丙酮，N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮中的一种或 几种，具体地，其比例为丙酮/N，N-二甲基甲酰胺/N-甲基吡咯烷酮=(Tl/(Tl/(n。
3. 根据权利要求1中所述的一种具有高机械强度和耐热性微孔聚合物隔膜的制 备方法，其特征在于所述的耐高温树脂颗粒为聚醚酮、聚醚醚酮，聚醚醚酮酮，聚醚酮 醚酮酮、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑、聚苯硫醚中的一种或几种，具体地，其比例为聚醚 酮/聚醚醚酮/聚醚醚酮酮/聚醚酮醚酮酮/聚苯并噻唑/聚苯并咪唑/聚苯硫醚 =0?1/0?1/0?1/0?1/0?1/0?1/0?1。
4. 根据权利要求1中所述的一种具有高机械强度和耐热性微孔聚合物隔膜的制备方 法，其特征在于所述的非溶剂为正丁醇、水、无水乙醇中的一种或几种组合，具体地，其比例 为正丁醇/水/无水乙醇=(η/(η/(Γι。
【文档编号】H01M2/16GK104045851SQ201410252165
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】于力娜, 王丹, 赵中令, 张克金, 刁洪军, 荣常如, 陈慧明 申请人:中国第一汽车股份有限公司