[发明专利]聚多巴胺处理陶瓷粒子改性无纺布隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚多巴胺处理陶瓷粒子改性无纺布隔膜的制备方法，属于电池、电容领域。

背景技术

锂离子电池因其具有比能量高、工作电压高、自放电小、环境友好等优点，因而成为新能源汽车用理想动力电池。但由于使用液体电解质溶液，使锂离子电池存在安全隐患，限制了其在汽车上的规模化推广，隔膜作为锂电池的关键部件之一，将直接影响电池的容量、循环性能以及安全性能。

介于正负极之间的隔膜具有电解质离子传输通道，防止正负极接触短路的作用。然而，目前商品化的聚烯烃类微孔隔膜在电池温度过高易发生熔融封闭微孔，阻隔电解质离子的传输，从而降低安全风险；但聚烯烃本身的耐热性能较差，随着温度的急剧升高，它失去保护功能，使安全隐患急剧增加。

为了改变这种因为隔膜破坏引起的安全问题，人们进行了一系列研究，一方面，对现有隔膜改性，提高隔膜机械性能和耐热性能，例如隔膜表面涂覆无机粒子或者聚合物与无机粒子制成复合材料(例如US8409746B2，EP2528139A2，EP2528142A2，US7691529B2，US20130065132A1)；另一方面，以耐温等级更高，机械性能更好的聚合物制备隔膜（例如公开号CN101645497A、公开号CN101420018A、申请公布号CN101752539A、申请公布号CN101752540A）。本专利的设计思路是，聚多巴胺处理预陶瓷粒子，改性后的粒子具有较好的亲和性和阻燃性，通过粘结剂将改性的陶瓷粒子紧密地粘附于无纺布的表面及孔隙中，从而制得阻燃性优异、耐热性好及较高的机械强度的改性无纺布隔膜，以该隔膜组装的锂离子电池安全性能有较大幅度提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚多巴胺处理陶瓷粒子改性无纺布隔膜的制备方法，无纺布具有良好的耐热性、吸液率及较高的机械强度，聚多巴胺处理陶瓷粒子后，改性的粒子通过粘结剂紧密地粘附于无纺布隔膜的表面及孔隙；具有良好的的阻燃性、耐热性能、吸液率和机械性能，以该隔膜组装的锂离子电池安全性能有较大幅度提高。

本发明的技术方案是这样实现的：一种聚多巴胺处理陶瓷粒子改性无纺布隔膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：a)将陶瓷粒子在浓度为0.5g/L～2.0g/L的多巴胺溶液中浸渍10h～24h后，将其抽滤、蒸干得到聚多巴胺改性陶瓷粒子粉末，聚多巴胺/无机粒子的质量比为0.05～0.2；同时，b)采用含有有机粘结剂、有机溶剂、改性陶瓷粉末、造孔剂的混合液处理无纺布隔膜，有机粘结剂/有机溶剂/改性陶瓷粉末/造孔剂的比例为0.6～1/6.4～10/0.1～3.2/0.7～0.95；c)将b)步得到的隔膜经碾压、真空烘干，真空烘干温度50～75℃，即基于聚多巴胺处理陶瓷粒子改性无纺布隔膜。

所述的陶瓷粒子为20～120nm的氧化硅(SiO₂)，三氧化二铝(Al₂O₃)，氧化钛（TiO₂），氧化锆（ZrO₂），氧化铈(CeO₂)，氧化镁(MgO)及氧化锌（ZnO）中的一种或者是两种，具体地，三氧化二铝/氧化钛/氧化锆/氧化铈/氧化镁/氧化锌质量比=0～1/0～1/0～1/0～1/0～1/0～1。

所述的有机粘结剂为聚四氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）中的一种或或两种，重均分子量为40～50万，具体地，PVDF/PVDF-HFP=0～1/0～1。

所述的造孔剂为去离子水、正丁醇、无水乙醇中的一种或组合，具体地，离子水/正丁醇/无水乙醇质量比=0～1/0～1/0～1。

所述无纺布处理方式为流延涂覆，涂覆的厚度为5～15μm。

所述有机溶剂为丙酮，N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮中的一种或组合，具体地，丙酮/N，N-二甲基甲酰胺/N-甲基吡咯烷酮=0～1/0～1/0～1。

所述无纺布隔膜碾压后的厚度为28～45μm。

本发明的积极效果是采用多巴胺处理陶瓷粒子，陶瓷粒子改性后大大提高了与无纺布隔膜的粘结性，避免了陶瓷粒子易脱落问题；同时，改性后的陶瓷粒子具有优异的阻燃性，耐热性能和机械性能，以该隔膜组装的锂离子电池的安全性能有较大幅度提高。因而，本发明提供了一种制备机械强度高、耐热性好及高安全性能的改性无纺布隔膜的新思路和方法。

附图说明

图1是本发明实施例1～实施例6隔膜的热收缩率。

图2是实施例1TG-DSC曲线。