[发明专利]一种亲水耐热锂电池隔膜的制备方法

说明书

本发明涉及锂电池隔膜技术领域，具体涉及一种亲水耐热锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：(1)对纳米介孔二氧化硅进行改性；(2)将4，4‑二苯基甲烷二异氰酸酯溶于有机溶剂中，加入改性后的二氧化硅，分散，升温，保温，得到改性异氰酸酯溶液；(3)然后加入聚醚多元醇和催化剂，升温，保温，加入造孔剂，降温，保温，得到聚氨酯涂料。(4)将聚烯烃隔膜浸泡于所述聚氨酯涂料中1‑3min，取出，烘干，去除造孔剂，即得。本发明在聚烯烃薄膜复合了亲水性好的聚氨酯层，利于电解液对聚氨酯层的浸润，从而提高隔膜的吸液率；本发明还在聚氨酯层中加入了纳米介孔二氧化硅，使本发明的锂电池隔膜具有高热稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池隔膜技术领域，具体涉及一种亲水耐热锂电池隔膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池隔膜是位于锂离子电池正极与负极之间的微孔膜，主要作用是：(1)隔离正、负电极防止短路，但是能够让锂离子在正负极间自由通过，保证电化学反应的进行；(2)作为安全智能装置，在电池内部温度升高时微孔发生收缩或闭合切断电路，限制电流升高起到保护作用。隔膜本身不参与电池化学反应，但其性能对电池的使用和安全性能有很重要的影响。

聚烯烃微孔膜成本低廉、尺寸孔径可控、具有稳定的化学稳定性、良好的机械强度和电化学稳定性，并且具有高温自关闭性能，保证了锂离子二次电池日常使用的安全性能。商品化的锂离子电池隔膜材料主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。

但聚烯烃隔膜存在热收缩率太高和电解液润湿性不足的问题。收缩率太高，则聚烯烃薄膜在高温条件下容易发生熔解，从而造成大面积短路并引发热失控，加剧热量积累，产生电池内部高气压，引起电池燃烧或爆炸。而由于聚烯烃链中无极性基团，导致聚烯烃微孔膜的表面能低，具有很强的惰性和疏水性，而电解质溶液中含有大量的极性成分，故两者亲和性差，使电池电阻增加，电池的循环性能和充放电效率都受到影响。

因此，需要提高隔膜的亲水性和耐热性。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种具有亲水性和耐热性的锂电池隔膜的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种亲水耐热锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)利用硅烷偶联剂对纳米介孔二氧化硅进行改性，得到改性后的二氧化硅；

(2)将4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯溶于有机溶剂中，得到混合溶液，往所述混合溶液加入步骤(1)得到的改性后的二氧化硅，进行超声分散，升温至60-70℃，保温3-6h，得到改性异氰酸酯溶液，其中，所述改性后的二氧化硅与混合溶液的质量比为1-2:10；

(3)往所述改性异氰酸酯溶液中加入聚醚多元醇和催化剂，升温至70-80℃，保温1-3h，加入造孔剂，降至40-50℃，保温1-3h后，得到聚氨酯涂料，其中，所述聚醚多元醇的-OH与4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯的-NCO的摩尔比为0.7-0.9:1。

(4)将聚烯烃隔膜浸泡于所述聚氨酯涂料中1-3min，取出，将浸泡后的聚烯烃隔膜进行烘干，去除造孔剂，即得到所述的亲水耐热锂电池隔膜。

其中，所述4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯的-NCO含量为24wt％-28wt％，所述聚醚多元醇为聚四氢呋喃二醇，所述聚四氢呋喃二醇的分子量为900-1300。通过控制4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯的-NCO含量和聚四氢呋喃二醇的分子量，有助于产生三维网络交联结构，将纳米介孔二氧化硅稳定在交联结构中，起到增强聚氨酯层拉伸强度和韧性等的作用。

其中，所述纳米介孔二氧化硅的粒径为50-80nm，介孔孔径为3-8nm，孔隙率为50％-60％，比表面积为600-800m²/g。适当控制纳米介孔二氧化硅的参数可以提高硅烷偶联剂的改性效果，从而改善其在聚氨酯层的分散性，并且其多孔性也有助于隔膜吸液率的提升。