[发明专利]一种复合型耐高温锂电池隔膜材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种复合型耐高温锂电池隔膜材料的制备方法，属于电池隔膜制备技术领域。本发明首先利用泥炭藓及地衣中活性物质配合柠檬酸进一步侵蚀混合石粉，丰富其孔隙结构，经氢氧化钠溶液浸泡除去杂质，再将改性后的混合石粉炭化处理，随后与高压蒸煮后的苎麻纤维混合研磨成浆粕，再加入交联剂使浆粕内部交联，提高其成型后的牢固性，最后经抄片热压即得复合型耐高温锂电池隔膜材料。本发明制备的复合型耐高温锂电池隔膜材料耐热性能较高，在高温下可以进行闭孔保护，自闭温度达到200～230℃；透气度达到620L/（m²·s）以上，机械强度可达30～37MPa。

技术领域

本发明涉及一种复合型耐高温锂电池隔膜材料的制备方法，属于电池隔膜制备技术领域。

背景技术

锂离子电池作为一种高能电源，其具有能量密度大、使用寿命长、可快速充放电等特点，在通信、民生和国防等领域被广泛的应用。在锂电池的结构中，隔膜作为关键的内层组件之一，其作用在于隔离电池正负极，同时为锂离子的迁移提供通道，因此隔膜性能的优劣直接影响到锂离子电池的电化学性能和安全性能。

锂离子电池的内部结构主要包括正极、负极、隔膜、电解液四部分。隔膜为绝缘材料，其作用是防止阴极与阳极短路，同时隔膜又需要有微孔，这样电解液中的离子可由微孔自由通过，在正负极之间起着输送锂离子的作用。由此可见，必须提供一种绝缘性能好的电池隔膜，以满足安全性，同时又必须提供一种输送粒子速度快的电池隔膜，以满足高容量及快速充电的需求。

常的电池隔膜材料选用聚乙烯（PE），聚丙烯（PP），熔点都在200℃以下，自闭温度也较低（PE自闭温度130～140℃，PP自闭温度170℃左右），在电池工作环境温度较高，或者放电电流过大时，由于电解质的热惯性作用，隔膜遮断电流后温度还会继续升高，达到膜破坏温度时，隔膜会完全破坏，致使电池内部短路温度继续升高，从而导致电池爆炸。因此我们需要一种耐高温材料的电池隔膜来保障电池在更高温度下的安全，同时又要具有优良的透过性和绝缘性。

在制备好的聚酰亚胺多孔膜上涂覆聚烯烃，真空加热，制得孔中含有聚烯烃的聚酰亚胺薄膜。这种方法虽然通过使用聚酰亚胺材料作为电池隔膜，利用了其耐高温的特性，但是由于聚酰亚胺膜孔中填充了聚烯烃，不利于离子透过，导致电池隔膜的透过率下降，提高了电池隔膜的阻抗；而且在高温下聚烯烃会融化破坏，无法达到高温下闭孔保护的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对传统锂电池隔膜在使用时耐热性较差，经长时间运行后易因高温熔融使隔膜结构破坏，无法达到高温下闭孔保护作用的问题，提供了一种以改性的无机矿物与有机苎麻纤维复合交联，制得复合型耐高温锂电池隔膜材料的方法。本发明首先利用泥炭藓及地衣中活性物质配合柠檬酸进一步侵蚀混合石粉，丰富其孔隙结构，经氢氧化钠溶液浸泡除去杂质，再将改性后的混合石粉炭化处理，随后与高压蒸煮后的苎麻纤维混合研磨成浆粕，再加入交联剂使浆粕内部交联，提高其成型后的牢固性，最后经抄片热压即得复合型耐高温锂电池隔膜材料。本发明利用具有多孔结构的紫砂泥、玄武岩和硅藻土，提高隔膜材料的耐高温性能，同时经处理后进一步丰富改善其孔隙结构，与苎麻纤维交联反应，配合紫砂泥和高岭土的黏性，提高无机矿物与苎麻纤维的结合牢固性，有效解决了传统锂电池隔膜耐热性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）依次称取150～200g泥炭藓，60～80g地衣，倒入石磨中，研磨30～45min，在研磨过程中混入300～500mL质量分数为6～8%柠檬酸溶液，得混合酸性植物浆液；

（2）依次称取100～150g紫砂泥，60～80g玄武岩，80～120g硅藻土，30～50g高岭土，倒入粉碎机中，粉碎后过300～400目筛，得混合石粉，随后将混合石粉与上述所得混合酸性植物浆液倒入盛有200～300mL去离子水的烧杯中，再将烧杯转入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为35～38℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌反应45～60min，再将烧杯置于避光通风处，静置3～5天；