一種鋰電池用改性聚丙烯酸鈉摻雜氧化鋁隔膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰電池用改性聚丙烯酸鈉摻雜氧化鋁隔膜的制備方法，屬于鋰電池隔膜制備領域。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池具有高比能量、長循環壽命、無記憶效應的特性，又具有安全、可靠且能快速充放電等優點，鋰離子電池主要由正負電極材料、電解質及隔膜組成。在鋰離子電池正極和負極之間有一膜材料，通常稱為隔膜，它是鋰離子電池的重要組成部分。隔膜的主要作用是隔離正、負極并使電池內的電子不能自由穿過，能夠讓離子在正負極間自由通過。鋰電池隔膜在鋰電池的結構中，隔膜是關鍵的內層組件之一。對于鋰電池系列，由于電解液為有機溶劑體系，因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料。由于聚乙烯微孔膜具有較高孔隙率、較低的電阻、較好的抗撕裂強度、較好的抗酸堿能力、良好的彈性及非質子溶劑的保持性能，故鋰離子電池研究開發初期便采用它作為其隔膜材料。目前，鋰離子電池隔膜材料主要仍采用聚乙烯微孔膜。但采用高密度聚乙烯作為鋰電池隔膜原料，隔膜的熔融溫度較低，當溫度上升到它軟化溫度和熔融溫度時，隔膜就會發生熱收縮和熔化。為改善隔膜的熱收縮性和提升熱安全性能，目前采用的是在薄膜表面接枝耐熱基團、添加耐熱涂層、薄膜材料交聯改性方法，導致其生產成本增加。隔膜親水性能差，由此導致隔膜的電解液浸潤性能差，聚乙烯由于聚乙烯其分子結構特性表現出低級性和疏水性，對電解質的親和性較差，提高隔膜電解液浸潤性，有利于提升鋰離子電池的離子導電性和充放電循環性能。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題:針對高密度聚乙烯作為鋰電池隔膜原料，隔膜的熔融溫度較低，當溫度上升到它軟化溫度和熔融溫度時，隔膜就會發生熱收縮和熔化，且由于聚乙烯其分子結構特性表現出低級性和疏水性，對電解質的親和性較差，導致電池易短路、安全性能差，隔膜親水性能差，電解液浸潤性能差的弊端，提供了一種鋰電池用改性聚丙烯酸鈉摻雜氧化鋁隔膜的制備方法，本發明是取聚丙烯酸鈉和水進行充分溶解，加入過氧化鈉反應生成氫氧化鈉放出熱量，加速溶解，吸收水分，使混合物含水率降低，同時有氣泡冒出，在其表面形成均勻的微孔，然后在攪拌過程中加入氧化鋁、氧化鎂，均勻摻雜其中制得。本發明制備方法簡單，所得產品安全性能高，熱收縮性能好，對電解質的親和性較好，隔膜親水性能和電解液浸潤性能好，值得推廣與使用。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用如下所述的技術方案是:
(1)稱取3?5g聚丙烯酸鈉粉末，置于矩形容器中，向容器中加入300?500mL的水，控制溫度為75?85°C，轉速為700?900r/min，混合攪拌30?50min，使其充分溶解；
(2)待其充分溶解后，向其中加入重量分數為0.1?0.5% 二亞乙基三胺交聯劑和重量分數為0.2?0.4%聚乙二醇分散劑，升溫至90?110°C，控制轉速為1000?1500r/min，磁力攪拌40?50min，得混合物； (3)提高轉速為1600?2000r/min，邊攪拌邊向上述混合物中添加I?2g過氧化鈉粉末，添加完成后停止攪拌，恒溫保持30?40min，使混合物表面形成均勻的微孔；
(4)待恒溫保持30?40min后，分別加入2?3g氧化鋁和I?3g氧化鎂于混合物中，并向混合物中加入100?120mL無水乙醇溶液，在1000?1200r/min轉速下磁力攪拌40?60min，待攪拌完成后，倒入熱反應釜中，設置溫度為160?180°C，反應12?14h，使其均勻摻雜其中，得混合膠體；
(5)將上述所得的混合膠體放入雙螺桿擠出機中進行擠出造粒，得到共混改性后的聚丙烯酸鈉樹脂顆粒，將改性后的聚丙烯酸鈉樹脂顆粒加入下料斗中，再從模頭模口出來，經風環冷卻、吹脹，由穩泡架人字板牽引輥卷取，得聚丙烯酸鈉薄膜；
(6)將上述制備的聚丙烯酸鈉薄膜置于輻照瓶中，對其進行抽真空后，再通入氬氣，將上述充滿氬氣的密閉輻照瓶置于γ射線輻照源室中進行輻照，輻照時間為20?30min;
(7)待輻照完成后，取出放入去離子水中進行沖洗3?5次，去除表面均聚物后，在真空下干燥3?5h，即得到一種鋰電池用改性聚丙烯酸鈉摻雜氧化鋁隔膜。
[0005]本發明的應用方法:將制備得到的鋰電池隔膜置于正極和負極之間，隔膜的使用壽命延長了原來的50?60%，使用后當內部短路時能提供更好的保護，過度充電時可提供充足的安全性，有較好的力學性能及熱穩定性，隔膜安全性能高，熱收縮性能好，對電解質親和性好。
[0006]本發明與其他方法相比，有益技術效果是:
(O該方法制備得到的鋰電池隔膜安全性能高，熱收縮性能好，對電解質的親和性較好，隔膜親水性能和電解液浸潤性能好；
(2)本發明制備方法簡單，使用后當內部短路時能提供更好的保護，過度充電時可提供充足的安全性，有較好的力學性能及熱穩定性。
【具體實施方式】
[0007]首先稱取3?5g聚丙烯酸鈉粉末，置于矩形容器中，向容器中加入300?500mL的水，控制溫度為75?85°C，轉速為700?900r/min，混合攪拌30?50min，使其充分溶解；待其充分溶解后，向其中加入重量分數為0.1?0.5% 二亞乙基三胺交聯劑和重量分數為0.2?0.4%聚乙二醇分散劑，升溫至90?110°C，控制轉速為1000?1500r/min，磁力攪拌40?50min，得混合物；隨后提高轉速為1600?2000r/min，邊攪拌邊向上述混合物中添加I?2g過氧化鈉粉末，添加完成后停止攪拌，恒溫保持30?40min，使混合物表面形成均勻的微孔；待恒溫保持30?40min后，分別加入2?3g氧化鋁和I?3g氧化鎂于混合物中，并向混合物中加入100?120mL無水乙醇溶液，在1000?1200r/min轉速下磁力攪拌40?60min，待攪拌完成后，倒入熱反應釜中，設置溫度為160?180°C，反應12?14h，使其均勻摻雜其中，得混合膠體；然后將上述所得的混合膠體放入雙螺桿擠出機中進行擠出造粒，得到共混改性后的聚丙烯酸鈉樹脂顆粒，將改性后的聚丙烯酸鈉樹脂顆粒加入下料斗中，再從模頭模口出來，經風環冷卻、吹脹，由穩泡架人字板牽引輥卷取，得聚丙烯酸鈉薄膜；再將上述制備的聚丙烯酸鈉薄膜置于輻照瓶中，對其進行抽真空后，再通入氬氣，將上述充滿氬氣的密閉輻照瓶置于γ射線輻照源室中進行輻照，輻照時間為20?30min;最后待輻照完成后，取出放入去離子水中進行沖洗3?5次，去除表面均聚物后，在真空下干燥3?5h，即得到一種鋰電池用改性聚丙烯酸鈉摻雜氧化鋁隔膜。
[0008]實例I
首先稱取3g聚丙烯酸鈉粉末，置于矩形容器中，向容器中加入300mL的水，控制溫度為75°C，轉速為700r/min，混合攪拌30min，使其充分溶解；待其充分溶解后，向其中加入重量分數為0.1% 二亞乙基三胺交聯劑和重量分數為0.2%聚乙二醇分散劑，升溫至90°C，控制轉速為1000r/min，磁力攪拌40min，得混合物；隨后提高轉速為1600r/min，邊攪拌邊向上述混合物中添加Ig過氧化鈉粉末，添加完成后停止攪拌，恒溫保持30min，使混合物表面形成均勻的微孔；待恒溫保持30min后，分別加入2g氧化鋁和Ig氧化鎂于混合物中，并向混合物中加入10mL無水乙醇溶液，在1000r/min轉速下磁力攪拌40m