闭孔特性电池隔膜及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 闭孔特性电池隔膜及其制备方法和应用 (Closed-pore characteristic battery diaphragm and preparation method and application thereof ) 是由 王志豪 陶晶 袁其振 王思双 欧阳玲萍 陈瀚 于 2020-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种闭孔特性电池隔膜及其制备方法和应用；所述闭孔特性电池隔膜包括隔膜和涂覆于隔膜单侧或双侧的改性有机聚合物涂层,所述改性有机聚合物涂层包含有机聚合物粉体和含C＝C双键的接枝剂。改性有机聚合物涂层在高温时将涂层进行接枝联合成整体,达到完全闭合堵孔效果,大大提升了隔膜的闭孔性能。(The invention discloses a closed-pore characteristic battery diaphragm and a preparation method and application thereof; the closed-cell battery diaphragm comprises a diaphragm and a modified organic polymer coating coated on one side or two sides of the diaphragm, wherein the modified organic polymer coating comprises organic polymer powder and a grafting agent containing C ═ C double bonds. The modified organic polymer coating grafts and combines the coating into a whole at high temperature, thereby achieving the effect of completely closing and plugging the hole and greatly improving the hole closing performance of the diaphragm.)
技术领域
本发明属于电池隔膜材料领域，具体涉及一种闭孔特性电池隔膜及其制备方法和应用。
背景技术
聚烯烃微多孔膜用于精密过滤膜、电池用隔膜、电容器用隔膜、燃料电池用材料等。这些用途之中，用作电池用隔膜、特别是用作锂离子电池用隔膜的情况下，聚烯烃微多孔膜要求离子透过性优异、机械强度优异等。为了确保电池的安全性，对于面向近年的高容量电池的隔膜要求“低闭孔温度特性”、“高破膜温度特性”以及“低热收缩性”。另外，为了减小电池特性的偏差，还要求膜厚偏差小。
“低闭孔温度特性”是指，电池内部因过度充电状态等而过热时，隔膜熔融，形成覆盖电极的被膜而阻断电流，由此确保电池的安全性的功能。已知在聚乙烯微多孔膜的情况下，闭孔温度即表现熔融特性的温度大约在140℃左右。但是，为了尽早阻止电池内部的失控反应等，熔融温度越低越好。
现有技术中，已有在隔膜表面涂覆有机聚合物涂层，但是普通的有机聚合物涂层并不能有效提升隔膜的闭孔性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种闭孔特性电池隔膜及其制备方法和应用，通过有机聚合物涂层有效提升隔膜的闭孔性能。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种闭孔特性电池隔膜，包括隔膜和涂覆于隔膜单侧或双侧的改性有机聚合物涂层，所述改性有机聚合物涂层包含有机聚合物粉体和含C＝C双键的接枝剂。
作为优选的技术方案，所述有机聚合物粉体包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯-丁烯共聚物、聚乙烯-己烯共聚物、聚乙烯-辛烯共聚物、聚苯乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚偏二氯乙烯、聚烯烃离聚物、聚甲基戊烯和氢化环戊二烯齐聚物中的一种或几种。
作为优选的技术方案，所述有机聚合物粉体的粒径为0.1-10μm，熔点为110-140℃，在190℃及21.6KG下的熔融指数在0.4-10之间，热焓为≤170J/g。
作为优选的技术方案，所述含C＝C双键的接枝剂包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
作为优选的技术方案，所述改性有机聚合物涂层中，含C＝C双键的接枝剂质量占有机聚合物粉体质量的0.2-5wt％。
作为优选的技术方案，所述改性有机聚合物涂层的厚度为0.1-10μm，涂层面密度为0.05-5g/m2。
作为优选的技术方案，所述隔膜为厚度5-40μm、孔隙率20-80％的聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚乙烯和聚丙烯复合膜。
本发明还提供了一种闭孔特性电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机聚合物粉体与水混合，并加入含C＝C双键的接枝剂，然后研磨，搅拌分散，得到改性有机聚合物分散液；
(2)将步骤(1)制备的改性有机聚合物分散液稀释，配制成涂布浆料；
(3)将隔膜送入涂布装置，使用步骤(2)配制的涂布浆料进行涂布；
(4)将经过步骤(3)涂布后的隔膜干燥、收卷，得到闭孔特性电池隔膜。
本发明还提供了所述闭孔特性电池隔膜的一种应用：一种锂离子电池，包括正极、负极、电解质以及位于正极和负极之间的电池隔膜，所述电池隔膜包括所述的闭孔特性电池隔膜。
本发明的有益效果在于：
本发明采用含C＝C双键的接枝剂对有机聚合物进行改性，将其作为隔膜的改性有机聚合物涂层，改性有机聚合物涂层在高温时会引发C＝C双键聚合反应，在有机聚合物高分子链之间形成交联的网络骨架，将涂层进行接枝联合成整体，达到完全闭合堵孔效果，大大提升了隔膜的闭孔性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将LDPE粉体(熔点为115℃，在190℃及21.6KG下的熔融指数7.5，热焓为150J/g)与水按照4:6的质量比混合，并加入占LDPE粉体质量1％的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷接枝剂，然后采用卧式研磨机研磨0.5h，再采用搅拌器以1000r/min的搅拌速率分散2h，得到接枝LDPE分散液；
(2)将步骤(1)制备的接枝LDPE分散液用羧甲基纤维素钠溶液稀释至LDPE含量为0.6wt％，然后加入分散剂、聚丙烯酸粘接剂乳液、氟碳表面活性剂，配制成涂布浆料；
(3)取聚烯烃隔膜，将隔膜送入涂布装置，使用步骤(2)配制的涂布浆料进行双面涂布；
(4)将经过步骤(3)涂布后的隔膜干燥、收卷，得到改性LDPE涂布隔膜。
实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处在于：将LDPE换成聚乙烯-丙烯共聚物(粒径为1.8μm，熔点为125℃，在190℃及21.6KG下的熔融指数4，热焓为160J/g)。
对比例1：
(1)将LDPE粉体(熔点为115℃，在190℃及21.6KG下的熔融指数7.5，热焓为150J/g)与水按照4:6的质量比混合，然后采用卧式研磨机研磨0.5h，再采用搅拌器以1000r/min的搅拌速率分散2h，得到LDPE分散液；
(2)将步骤(1)制备的LDPE分散液用羧甲基纤维素钠溶液稀释至LDPE含量为0.6wt％，然后加入分散剂、聚丙烯酸粘接剂乳液、氟碳表面活性剂，配制成涂布浆料；
(3)取聚烯烃隔膜，将隔膜送入涂布装置，使用步骤(2)配制的涂布浆料进行双面涂布；
(4)将经过步骤(3)涂布后的隔膜干燥、收卷，得到LDPE涂布隔膜。
对比例2：
与对比例1的不同之处在于：将LDPE换成聚乙烯-丙烯共聚物(熔点为125℃，在190℃及21.6KG下的熔融指数4，热焓为160J/g)。
将实施例1-2和对比例1-2得到的隔膜在相同的条件下进行性能测试，结果如表1所示。
表1隔膜性能测试结果对比情况
由表1的性能测试数据来看，实施例1闭孔温度为119℃，闭孔过程温度差29℃，与对比例1相比，具有稳定的闭孔温度，闭孔过程持续时间长；实施例2闭孔温度为127℃，闭孔过程温度差33℃，与对比例2相比，具有稳定的闭孔温度，闭孔过程持续时间长。
以上实验数据说明，普通的有机聚合物涂层并不能有效提升隔膜的闭孔性能；而改性有机聚合物涂层在高温时将涂层进行接枝联合成整体，达到完全闭合堵孔效果，大大提升了隔膜的闭孔性能。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
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