[发明专利]生产聚烯烃隔膜专用料的催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及生产高强耐热高分子量聚烯烃微孔隔膜专用料的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

隔膜是锂离子电池关键的四大原材料之一，其性能的优异对锂离子电池性能有重要作用。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，同时具有能使电解质离子通过的功能。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。现如今，随着新能源交通工具的迅猛发展，市场要求能够提供大容量、大功率密度的动力锂电池产品。动力锂离子电池相对普通锂电池而言，由于其容量更大，充放电流更高，因此要求电池隔膜在拥有高强度的同时还必须拥有更高的熔断温度，以达到电池安全性要求。

作为锂电池隔膜材料，本身具有微孔结构，微孔在整个隔膜材料中的分布应当均匀。孔径太小增加电阻，孔径太大易使正负极接触或被枝晶刺穿短路。一般来说，隔膜越厚，虽然穿刺的可能性越小，但能加入其中的活性物质则越少。因此在强度合格的前提下，高孔隙率隔膜是未来的发展方向之一。目前市售高孔隙率隔膜最急需解决的是热稳定性问题，当隔膜受热收缩时，正负极就会接触引起爆炸，所以现在要求隔膜的高温收缩尽可能小。目前，解决这个问题的方法有，一是涂覆改性。Jeong和Choi等人采用在隔膜表面涂覆一层无机材料(如陶瓷、氧化铝等)[Journal of Membrane Science,2010,364:177-182；Journal of Power Source,2010,195:6192-6196]，但是无机材料增加了隔膜的厚度，并存在掉粉现象，堵塞隔膜表面的孔，导致隔膜电化学性能下降，同时需要再增加一条涂布生产线来满足工艺需求，增加成本。另一种方法是共混工艺，即将无机纳米颗粒、聚乙烯和石蜡油三者混合在一起，但是经过存放、运输，原生粒径为纳米级别的无机粒子，但加入到该体系中时粒径也至少有10微米级别，并且难以混合均匀。对比中国专利CN106953052A，采用超声方法将溶胶里面的纳米粒子吸附到聚乙烯颗粒上，纳米粒子的混合效果有所改善，缺点是虽然增加了更多的工艺步骤，但最终效果一般。这是由于直接以无机纳米材料作为增强剂时，在范德华力的作用下容易在基体中团聚、难分散，大大削弱了纳米材料与基体之间的界面结合力，受到剪切力时容易和基体产生相对滑动，使纳米材料自身优异的性能不能在复合材料中充分显现出来。第三种方法是化学交联，Kim[Journal of Power Source,2010,195:6075-6080]采用高能辐射使聚烯烃材料内部产生交联，从而提高隔膜的耐热性。但是这种方法即增加了隔膜成本，并且由于辐射是外加光源，难以准确控制交联的均匀性，得到的隔膜易产生缺陷，造成产品质量下降。

为了更好的满足高强耐热隔膜的性能要求，本发明采用将纳米无机载体作为烯烃聚合催化剂的载体，制备出可控的负载型催化剂，通过原位聚合方法制备出高性能的纳米增强的聚烯烃隔膜专用料。该催化剂由多维纳米载体组成，经过改性的无机纳米材料相互交叉形成了多维结构，原位聚合时聚烯烃大分子在载体表面形成了三维“微交联”的结构，并且由于聚烯烃大分子在载体表面生成，无机纳米达到超级分散，性能大幅度提升。经过乙烯原位聚合得到了无机纳米材料增强的高性能的聚烯烃复合树脂，利用该树脂可以制备出高强耐热的隔膜，满足高性能动力锂电池隔膜的需求。利用该高性能树脂可以制备成单层隔膜或者三层隔膜。其中三层隔膜有由内层、中间层和外层组成。内层和外层是由聚乙烯或聚丙烯为原料制备而成，中间层是由本专利发明的增强耐热无机复合聚乙烯/聚丙烯为原料制备而成。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用原位聚合制备多维纳米增强的高强耐热高分子量聚烯烃隔膜专用料的催化剂。

本发明的另一个目的是提供生产高强耐热聚烯烃隔膜专用料的催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供生产高强耐热聚烯烃隔膜专用料的催化剂的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种生产聚烯烃隔膜专用料的催化剂，其特征在于，该催化剂包括纳米载体和负载在纳米载体上的过渡金属催化剂；所述的纳米载体的质量百分含量为70.0-99.9％，过渡金属催化剂的质量百分含量为0.1-30.0％；

所述的纳米载体由第一组分、第二组分和第三组分复合形成，其中第一组分与第二组分之间的重量比为(0.01-100)：1；第一组分和第二组分重量之和与第三组分的重量比为(0.01-100)：1；