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一种改性二氧化硅及高性能锂离子电池隔膜和其应用.pdf

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  • 文档编号:4292557
  • 上传时间:2018-09-13
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201110314217.6

    申请日:

    2011.10.17

    公开号:

    CN102504611A

    公开日:

    2012.06.20

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C09C 1/28申请公布日:20120620|||实质审查的生效IPC(主分类):C09C 1/28申请日:20111017|||公开

    IPC分类号:

    C09C1/28; C09C3/10; C08K9/10; C08K3/36; C08L23/00; C08L23/06; H01M2/16

    主分类号:

    C09C1/28

    申请人:

    中科院广州化学有限公司; 佛山市功能高分子材料与精细化学品专业中心

    发明人:

    胡继文; 张干伟; 肖定书; 李银辉; 涂园园; 刘国军; 胡盛逾; 李妃

    地址:

    510650 广东省广州市天河区兴科路368号

    优先权:

    专利代理机构:

    广州市华学知识产权代理有限公司 44245

    代理人:

    裘晖

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    内容摘要

    本发明属于锂离子电池隔膜材料领域,公开了一种改性二氧化硅和锂离子电池聚烯烃微孔隔膜,该隔膜由以下方法制备得到:将改性二氧化硅与高/超高分子量的聚烯烃共混,加入普通聚烯烃,造粒,得到改性母粒;将改性母粒与聚烯烃混合,熔融共混挤出,形成具有硬弹性结构的膜片;对膜片进行连续拉伸,然后在100-150℃下热定型,即得到锂离子电池聚烯烃微孔隔膜。本发明的锂离子电池聚烯烃微孔隔膜膜厚度较低(低于15μm);膜强度较佳(纵向断裂强度大于100MPa,横向断裂强度约8MPa,断裂伸长率50%);膜的孔隙率及孔结构可调(孔隙率大于50%,孔径0.1-1μ);膜热收缩率较小(低于5%)。本发明克服了现有干法锂离子电池隔膜制备技术的缺点与不足。

    权利要求书

    1: 一种改性二氧化硅, 其特征在于是由以下方法制备得到 : 将二氧化硅分散在无水有机溶剂中 ; 搅拌下加入可交联嵌段共聚物、 盐酸四氢呋喃溶 液和水, 20-30℃下反应 10-48h, 将反应产物离心洗涤、 真空干燥后得到包裹有聚合物的二 氧化硅, 即改性二氧化硅 ; 所述二氧化硅的粒径为 50-500nm nm ; 所述的可交联嵌段共聚物占二氧化硅质量的 5-50% ; 所述的可交联嵌段共聚物是由单体 A 和单体 B 聚合而成的二嵌段共聚物, 其结构如式 I 所示 : ( 式 I) 其中, m 为 5-500 ; n 为 5-500 ; 单体 A 为丙烯酸肉桂酸乙酯、 甲基丙烯酸羟乙酯、 甲基丙 烯酸肉桂酸乙酯、 肉桂叉丙烯酸酯、 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、 甲基丙烯酰氧基丙 基三乙氧基硅烷或甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷中的一种 ; 单体 B 为甲基丙烯酸甲 酯、 甲基丙烯酸乙酯、 丙烯酸丁酯、 丙烯酸叔丁酯、 甲基丙烯酸丁酯、 甲基丙烯酸叔丁酯、 丙 烯硅氧乙烷、 马来酸酐或甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种。2: 根据权利要求 1 所述的改性二氧化硅, 其特征在于 : 所述式 I 的二嵌段共聚物中, m 为 51-72, n 为 48-77, 单体 A 为甲基丙烯酸肉桂酸乙酯或 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷, 单体 B 为甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯 ; 所述的有机溶剂为甲苯、 氯仿、 二氯甲烷、 苯或二甲苯中的一种。3: 根据权利要求 1 所述的改性二氧化硅, 其特征在于 : 所述的二氧化硅在无水有机溶 剂中浓度为 5-50 毫克 / 毫升。4: 根据权利要求 1 所述的改性二氧化硅, 其特征在于 : 所述的盐酸四氢呋喃溶液中盐酸浓度为 0.1-0.8 摩尔 / 升 ; 所述的盐酸四氢呋喃溶液占无水有机溶剂体积的 1-10%。5: 根据权利要求 1 所述的改性二氧化硅, 其特征在于 : 所述的水占无水有机溶剂体积 的 1-10%。6: 一种锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 其特征在于是由以下方法制备得到 : (1) 将权利要求 1-5 任一项所述的改性二氧化硅与高 / 超高分子量的聚烯烃共混, 加入 普通聚烯烃, 造粒, 得到改性母粒 ; (2) 将改性母粒与聚烯烃混合, 通过挤出机熔融共混挤出, 熔体在应力场下结晶, 形成 具有硬弹性结构的膜片 ; (3) 用单向拉伸机对膜片进行连续拉伸, 拉伸后, 在 0-200℃下热定型, 即得到锂离子 电池聚烯烃微孔隔膜 ; 步骤 (1) 和 (2) 所述的聚烯烃为 α- 烯烃的均聚物或共聚物 ; 所述的 α- 烯烃为乙烯、 丙烯、 1- 丁烯、 1- 戊烯、 1- 己烯、 1- 癸烯、 1- 十二碳烯、 4- 甲基 -1- 戊烯或 3- 甲基 -1- 戊 烯; 步骤 (1) 所述的高 / 超高分子量的聚烯烃的特性粘度为 0.5-40dL/g ; 步骤 (1) 所述的改性二氧化硅占改性母粒质量的 1-10% ; 2 步骤 (1) 所述的高 / 超高分子量的聚烯烃占改性母粒质量的 5-20% ; 步骤 (1) 所述的普通聚烯烃占改性母粒质量的 70-94% ; 步骤 (2) 所述的改性母粒占最终膜片质量的 4-20% ; 步骤 (3) 所述拉伸的拉伸倍数为 1-5 倍, 拉伸温度为 -20-160℃。7: 根据权利要求 6 所述的锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 其特征在于 : 步骤 (1) 和 (2) 所 述的聚烯烃为聚乙烯。8: 根据权利要求 6 所述的锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 其特征在于 : 步骤 (2) 所述挤 出机的挤出温度为 180-250℃, 熔体拉伸比为 50-1000 倍。9: 根据权利要求 6 所述的锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 其特征在于 : 步骤 (3) 所述热 定型的时间为 0.1-30 分钟。10: 权利要求 6-9 任一项所述的锂离子电池聚烯烃微孔隔膜在锂离子电池中的应用。

    说明书


    一种改性二氧化硅及高性能锂离子电池隔膜和其应用

        技术领域 本发明属于锂离子电池隔膜材料领域, 具体涉及一种改性二氧化硅, 及由该改性 二氧化硅制备得到的锂离子电池聚烯烃微孔隔膜和其应用。
         背景技术 锂离子电池广泛地应用于便携式电子产品如手机、 笔记本电脑、 摄录机等, 电动车 的发展也将带动对锂离子电池的更大需求, 锂离子电池在航空航天、 航海、 人造卫星、 小型 医疗、 军用通信设备等领域中也得到了广泛应用。
         锂离子电池主要由电极、 电解质及聚合物隔膜等部分组成。在锂离子电池正极及 负极中间是一隔膜材料, 通常称为聚合物隔膜, 作为锂离子电池的主要组成部分之一, 它的 主要作用是能够让离子在正负极间自由通过, 同时隔离正、 负极并使电池内的电子不能自 由穿过。尽管隔膜不参与锂离子电池使用过程中的电化学反应, 但其对锂离子电池的功率 密度、 能量密度、 电池的安全性等有着十分重要的影响 ; 另外, 它还关系到锂离子电池的成 本, 目前, 锂离子电池隔膜约占锂离子电池生产成本的 1/3-2/5。隔膜材料作为电池的正负 极之间的隔离板, 必须具备良好的电绝缘性、 力学性能、 对电解液的良好浸润性。
         由于聚乙烯、 聚丙烯微孔膜具有较高孔隙率、 较低的电阻、 较高的抗撕裂强度、 较 好的抗酸碱能力、 良好的弹性及对非质子溶剂的保持性以及它们在循环使用过程中的物 理、 化学性能稳定性等优点, 目前, 商品化锂离子电池的聚合物隔膜材料主要采用聚乙烯、 聚丙烯微孔膜或二者复合膜或改性膜。日本专利 JP-A-4-206257、 JP-A-3-105851 采用 聚烯烃多孔隔膜用于锂离子电池, 而 JP-A-56-73857, JP-A-63-205848, JP-A-3-274661, JP-A-3-274661, JP-A-1-167344, JP-A-6-329823 专利中通过交联增加聚烯烃多孔膜的机械 强度、 抗氧化性和耐热性等, 从而更好地用于锂离子电池。 Celgard 公司生产的 PP/PE/PP 三 层隔膜, 具有较好的机械强度, 同时, PE 加载两层 PP 可以起到熔断保险丝的作用, 为电池提 供了更好的安全保护。 日本日立麦克赛尔公司在聚烯烃多孔膜上平面排列及涂布无机微粒 子, 提高了隔膜的耐热性 ( 即使在 180℃下, 隔膜热收缩性也很小 ) 和使用安全性。埃克森 美孚 (EXXON) 公司和东燃化学公司联合开发, 将多种聚合物多层共挤制备多层复合膜, 这 种隔膜提高了电池的安全系数和功率, 但这种通过湿法制备的复合多层膜, 其制造方法和 工艺较复杂。
         中国专利 CN 101051681A 将含有纳米二氧化硅的聚烯烃在熔融温度下挤出, 并经 冷却辊压成原始平膜, 再把平膜经单向拉伸机中拉伸成型, 并在 90℃下热定型制得锂离子 电池用微孔膜。但是, 该方法面临着如何将二氧化硅有效分散在聚烯烃基体中以及如何解 决由于无机粒子添加量较大引起拉伸过程微孔控制较困难的问题。
         中国专利 CN 1514501A 将加有结晶成核剂的聚丙烯树脂加入挤出机中熔融挤出, 辊压成原始平模, 然后纵横双向拉伸成型, 热定型, 制备了孔隙率高。孔型均匀且纵横向强 度均好的锂离子用聚丙烯多孔膜。但该法的成孔需要利用成核剂使聚丙烯形成 β 晶, 因 此, 不适合制备聚乙烯隔膜。
         中国专利 CN 1978037A 采用热致相分离法制备聚烯烃微孔膜, 将聚烯烃组合物和 第一溶剂经挤出机熔融混炼, 将熔体挤出、 冷却成型成冻胶状物, 将冻胶状物在超临界萃 取, 经热拉伸强化, 热定型制备锂离子电池隔膜。 本专利对半成品采用超临界萃取可以高效 去除其中的第一溶剂, 但是, 该方法由于设备、 工艺要求复杂, 难以连续的规模化工业化应 用。
         中国专利 CN 101020759A 将超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯溶解于矿物油中, 由狭缝挤出流延成带状物, 再经过萃取矿物油、 双向拉伸、 再次萃取矿物油、 定型后得到锂 离子电池隔膜。但萃取采用的有机溶剂容易引起环境以及隔膜的污染。
         由于 “硬弹性” 法 ( 或称为干法 ) 不包括任何的相分离过程, 其工艺相对简单且生 产过程中无污染, 目前世界上有许多厂家采用此办法生产锂离子电池隔膜, 如日本的宇部 (ube) 及美国的塞拉尼斯 (celgard) 等。而 “热致相分离” 法 ( 也称湿法 ) 的工艺比 “硬弹 性” 法复杂, 需加入和脱除稀释剂, 因此生产费用相对较高且可能引起二次污染, 目前世界 上采用此法生产隔膜的有日本的旭化成、 东燃等。
         但是, 目前利用干法制备的锂离子电池聚烯烃隔膜的存在主要问题是 : 1) 隔膜的 厚度相对较厚 ( 单层膜一般大于 15μ), 这直接影响电池的容量, 2) 由于孔隙率以及孔结构 等原因, 导致离子透过性低, 电池的内阻偏大等, 影响电池的循环充放电性能等, 3) 强度偏 低, 特别是减少膜的厚度的同时, 导致膜力学强度下降, 带来电池的安全隐患。由于锂离子 电池发展极为迅速, 特别是近年来, 大功率锂离子电池如锂离子蓄电池及动力电池的发展 迅速, 要求锂离子电池隔膜具有更高的性能。目前对于锂离子电池隔膜的技术发展趋势表 现为 : 1) 超薄, 2) 高强度, 3) 高离子渗透性, 4) 安全性等四个方面。即如何进一步降低膜的 厚度, 而同时力学强度下降较少。如何进一步提高孔隙率, 改正孔的结构, 从而提高膜的离 子渗透性, 是国内外锂离子电池隔膜共同面对的研究开发方向。 发明内容
         为了克服现有干法锂离子电池隔膜制备技术的缺点与不足, 本发明的首要目的在 于提供一种能在聚烯烃树脂中高度分散的改性二氧化硅。
         本发明的另一目的在于提供一种高强度、 超薄、 孔隙率高的锂离子电池聚烯烃微 孔隔膜, 该隔膜中混有上述的改性二氧化硅。
         本发明的再一目的在于提供上述锂离子电池聚烯烃微孔隔膜的应用。
         本发明的目的通过下述技术方案实现 :
         一种改性二氧化硅, 由以下方法制备得到 :
         将二氧化硅超声分散在无水有机溶剂中 ; 搅拌下加入可交联嵌段共聚物、 盐酸四 氢呋喃溶液和水, 20-30℃下反应 10-48h, 将反应产物离心洗涤、 真空干燥后得到包裹有聚 合物的二氧化硅, 即改性二氧化硅 ;
         所述二氧化硅的粒径为 50-500nm, 优选 90-300nm ;
         所述的有机溶剂为甲苯、 氯仿、 二氯甲烷、 苯或二甲苯中的一种 ;
         所述的二氧化硅在无水有机溶剂中浓度为 5-50 毫克 / 毫升, 优选 10-15 毫克 / 毫 升;
         所述的可交联嵌段共聚物占二氧化硅质量的 5-50%, 优选 20-50% ;所述的盐酸四氢呋喃溶液中盐酸浓度为 0.1-0.8 摩尔 / 升, 优选 0.5 摩尔 / 升 ;
         所述的盐酸四氢呋喃溶液占无水有机溶剂体积的 1-10%, 优选 4-7% ;
         所述的水占无水有机溶剂体积的 1-10%, 优选 2-5% ;
         所述的可交联嵌段共聚物是由单体 A 和单体 B 聚合而成的二嵌段共聚物, 其结构 如式 I 所示 :
         ( 式 I)
         其中, m 为 5-500, 优选 51-72 ; n 为 5-500, 优选 48-77 ; 单体 A 为丙烯酸肉桂酸乙酯 (CEA)、 甲基丙烯酸羟乙酯、 甲基丙烯酸肉桂酸乙酯 (CEMA)、 肉桂叉丙烯酸酯、 甲基丙烯酰氧 基丙基三甲氧基硅烷、 甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷或甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧 基硅烷中的一种, 优选甲基丙烯酸肉桂酸乙酯 (CEMA) 或甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅 烷; 单体 B 为甲基丙烯酸甲酯 (MMA)、 甲基丙烯酸乙酯 (MEA)、 丙烯酸丁酯 (BA)、 丙烯酸叔丁 酯 (tBA)、 甲基丙烯酸丁酯 (BMA)、 甲基丙烯酸叔丁酯 (tMBA)、 丙烯硅氧乙烷、 马来酸酐 (MA) 或甲基丙烯酸缩水甘油酯 (PGMA) 中的一种, 优选甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 或甲基丙烯酸缩水 甘油酯 (PGMA) ;
         该可交联嵌段共聚物可以通过 ( 可控 ) 自由基聚合或者活性阴离子聚合方法制备 得到。
         一种锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 由以下方法制备得到 :
         (1) 将上述的改性二氧化硅与高 / 超高分子量的聚烯烃 (PP or PE) 共混, 加入普 通聚烯烃 (PP or PE), 造粒, 得到改性母粒 ;
         (2) 将改性母粒与聚烯烃混合, 通过挤出机熔融共混挤出, 熔体在应力场下结晶, 形成具有硬弹性结构的膜片 ;
         (3) 用单向拉伸机对膜片进行连续拉伸, 拉伸后, 在 0-200℃下热定型, 即得到锂 离子电池聚烯烃微孔隔膜。
         步骤 (1) 和 (2) 所述的聚烯烃为 α- 烯烃的均聚物或共聚物, 优选聚乙烯 ;
         所述的 α- 烯烃为乙烯、 丙烯、 1- 丁烯、 1- 戊烯、 1- 己烯、 1- 癸烯、 1- 十二碳烯、 4- 甲基 -1- 戊烯或 3- 甲基 -1- 戊烯 ;
         步骤 (1) 所述的高 / 超高分子量的聚烯烃的特性粘度 [η] 为 0.5-40dL/g( 于 135℃在十氢萘中测定 ), 优选 9-33dL/g ;
         步骤 (1) 所述的改性二氧化硅占改性母粒质量的 1-10%, 优选 2-10% ;
         步骤 (1) 所述的高 / 超高分子量的聚烯烃 (PP or PE) 占改性母粒质量的 5-20%, 优选 5-13% ;
         步 骤 (1) 所 述 的 普 通 聚 烯 烃 (PP or PE) 占 改 性 母 粒 质 量 的 70-94 %, 优选 80-90% ;
         步骤 (2) 所述的改性母粒占最终膜片质量的 4-20%, 优选 4.7-20% ;
         步骤 (2) 所述挤出机的挤出温度为 180-250 ℃, 优选 200-250 ℃ ; 熔体拉伸比为 50-1000 倍, 优选 50-800 倍 ;
         步骤 (3) 所述拉伸的拉伸倍数为 1-5 倍, 优选 2-5 倍 ; 拉伸温度为 -20-160℃, 优
         选 100-150℃ ;
         步骤 (3) 所述热定型的温度优选为 100-150℃ ;
         步骤 (3) 所述热定型的时间为 0.1-30 分钟, 优选 5-10 分钟。
         上述的锂离子电池聚烯烃微孔隔膜可用于制作锂离子电池。
         本发明将包裹有聚合物的二氧化硅的改性二氧化硅与高 / 超高分子量聚烯烃树 脂混合, 然后再与聚烯烃树脂共混复合, 利用高 / 超高分子量树脂以及改性二氧化硅成核 ( 有利于硬弹性的形成 ) 和增强作用, 制备出厚度低于 15μ 且膜力学强度较佳的锂离子电 池用聚烯烃多孔膜 ; 通过改进硬弹性膜的制备工艺以及拉伸工艺, 可以调节膜的孔隙率以 及孔的结构 ( 孔隙率大于 50%, 孔径 0.01-1μ), 提高膜的离子渗透率。本发明通过弹性硬 拉伸法所制备的高性能聚烯烃复合膜膜厚度为 5-15μm, 纵向断裂强度大于 100MPa, 横向 断裂强度强度约 8MPa, 断裂伸长率可以达到 50%, 收缩率小于 5% (90℃, 1h)。
         本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果 :
         1) 本发明通过添加高 / 超高分子量的聚烯烃和改性二氧化硅, 改变熔体结晶情 况, 从而降低隔膜的厚度但提高膜的强度 ; 本发明通过添加高 / 超高分子量聚烯烃树脂和 改性二氧化硅等作为改性剂, 并结合硬弹性膜的制备工艺条件以及拉伸工艺优化, 实现了 对微孔结构的控制, 获得孔隙率高于 50%且孔径为 0.1-1μm 的微孔膜, 而通过硬弹性拉伸 法所制膜孔隙率一般低于 50%。 2) 本发明锂离子电池聚烯烃微孔隔膜的制备过程简单, 无污染, 易于工业化。
         3) 本发明所制备的膜具有很好的性能, 主要表现在 : 膜厚度较低 ( 低于 15μm) ; 膜强度较佳 ( 纵向断裂强度大于 100MPa, 横向断裂强度约 8MPa, 断裂伸长率 50% ) ; 膜的孔 隙率及孔结构可调 ( 孔隙率大于 50%, 孔径 0.1-1μ) ; 膜热收缩率较小 ( 低于 5%, 90℃, 1h)。
         具体实施方式
         下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述, 但本发明的实施方式不限于此。
         实施例 1
         一种改性二氧化硅, 由以下方法制备得到 :
         (1) 在 -78℃下 ( 干冰丙酮浴 ), 于装有 250 毫升无水四氢呋喃的三口烧瓶中加入 0.19 毫升 (1.09 毫摩尔 )1, 1- 二苯基乙烯, 接着加入 0.6 毫升 1.4 摩尔 / 升的仲丁基锂的 己烷溶液。15 分钟后加入 4.5g(45 毫摩尔 ) 甲基丙烯酸甲酯, 聚合反应进行 2 小时以后加 入 11.17g(45 毫摩尔 ) 甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷, 聚合反应再持续 2 小时后加入 1.0 毫升无水甲醇终止聚合反应。反应体系升温到 23℃后减压蒸馏浓缩至 100 毫升, 而后 将聚合物沉淀在过量的正己烷中, 离心沉淀并冷冻真空干燥干燥, 得到二嵌段共聚物聚甲 基丙烯酸甲酯 - 嵌段 - 聚甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
         凝胶排阻色谱对聚合物的表征结果为 : 聚合物的数均分子量为 1.2×104 克 / 摩 尔, 分散性指数为 1.12。结合核磁分析结果可以判断出嵌段共聚物中聚甲基丙烯酸甲酯链 段长度为 48, 聚甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷链段长度为 51。
         (2) 取 10g 粒径为 90nm 的二氧化硅超声分散在 1L 无水甲苯中, 在搅拌下, 向纳米 二氧化硅悬浮溶液中加入 5g 上述制备的嵌段共聚物, 充分搅拌溶解, 然后加入 40ml 0.5 摩尔 / 升的盐酸四氢呋喃溶液和 20ml 去离子水。20℃下搅拌 30h 后离心洗涤, 取沉淀物, 室 温真空干燥后得到包裹有聚合物的二氧化硅。
         一种锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 由以下方法制备得到 :
         (1) 将 50g 上述的改性二氧化硅与 300g 超高分子量的聚丙烯 (135℃在十氢萘中 测定特性粘度为 15dL/g) 混合, 然后加入 2150g 普通聚丙烯树脂进行共混造粒, 制得改性母 粒;
         (2) 将 5000g 改性母粒与 45000g 聚丙烯树脂通过双螺杆 ( 或单螺杆 ) 挤出机熔融 共混挤出, 200℃熔体温度, 熔体拉伸比 200 倍, 在应力场下结晶, 形成具有硬弹性结构的膜 片;
         (3) 用单向拉伸机对膜片进行连续拉伸, 拉伸倍数 3 倍, 拉伸温度为 100℃, 拉伸 后, 在 145℃下热定型 10 分钟, 制备得到锂离子电池聚烯烃微孔隔膜。
         实施例 2
         一种改性二氧化硅, 由以下方法制备得到 :
         (1) 在 100ml 的圆底烧瓶中加入 26.3g(100mmol) 甲基丙烯酸肉桂酸乙酯 (CEMA)、 0.225g(1mmol)2- 溴异丁酸单甲氧基乙二醇酯、 0.8173g(2mmol)4, 4′ - 二壬基 -2, 2′ - 联 吡啶和 20ml 甲苯, 将反应体系搅拌溶解, 通氩气鼓泡 30min, 再除氧, 然后将反应体系转移 到装有 0.143g(1mmol) 溴化亚铜的 100ml 的圆底烧瓶中, 在 90℃进行聚合反应 8h, 反应产 物过中性氧化铝柱, 真空抽干, 然后在 40℃条件下真空干燥 24h 至恒重, 得到聚甲基丙烯酸 肉桂酸乙酯 PCEMA-Br。1 对 产 物 的 波 谱 分 析 如 下: H-NMR(CDCl3), 6.8 ~ 7.2(m, -C6H5, 5H,苯 环 ), 3.42(m, -O-CH3, 3H, 单甲氧基引发剂 ), 根据核磁分析结果计算可得所制备聚合物含有 72 个 CEMA 单元。
         在 100ml 的 圆 底 烧 瓶 中 加 入 14.2g(100mmol) 甲 基 丙 烯 酸 缩 水 甘 油 酯 (GMA)、 18.94g(1mmol) 上 述 制 备 的 PCEMA-Br 做 为 大 分 子 引 发 剂、 0.8173g(2mmol)4, 4′ - 二壬 基 -2, 2′ - 联吡啶和 30ml 苯甲醚, 将反应体系搅拌溶解, 通氩气鼓泡 30min, 再除氧, 然后 将反应体系转移到装有 0.143g(1mmol) 溴化亚铜的 100ml 的圆底烧瓶中, 在 90℃进行聚合 反应 8h, 反应产物过中性氧化铝柱, 真空抽干, 然后在 40℃条件下真空干燥 24h 至恒重, 得 到 PCEMAm-b-PGMAn 二嵌段共聚物。
         凝胶排阻色谱对聚合物的表征结果为 : 聚合物的数均分子量为 3.5×104 克 / 摩 1 尔, 分散性指数为 1.23。对产物的波谱分析如下 : H-NMR(CDCl3), 3.42(m, -O-CH3, 3H, 单甲 氧基引发剂 ), 3.78 和 4.41(m, -CH2-CHOCH2, 3H, 甲基丙烯酸缩水甘油酯 ), 根据核磁分析结 果计算可得所制备聚合物含有 72 个 CEMA 单元和 77 个 GMA 单元, 结构为 PCEMA72-b-PGMA77。
         (2) 取 15g 粒径为 300nm 的二氧化硅超声分散在 1L 无水甲苯中, 在搅拌下, 向纳米 二氧化硅悬浮溶液中加入 3g 上述制备的嵌段共聚物, 充分搅拌溶解, 然后加入 70ml 0.5 摩 尔 / 升的盐酸四氢呋喃溶液和 50ml 去离子水。30℃下搅拌 15h 后离心洗涤, 取沉淀物, 室 温真空干燥后得到包裹有聚合物的二氧化硅。
         一种锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 由以下方法制备得到 :
         (1) 将 50g 上述的改性二氧化硅与 100g 超高分子量的聚丙烯 (135℃在十氢萘中 测定特性粘度为 15dL/g) 混合, 然后加入 850g 普通聚丙烯树脂进行共混造粒, 制得改性母
         粒; (2) 将 5000g 改性母粒与 20000g 聚丙烯树脂通过双螺杆 ( 或单螺杆 ) 挤出机熔融 共混挤出, 230℃熔体温度, 熔体拉伸比 300 倍, 在应力场下结晶, 形成具有硬弹性结构的膜 片;
         (3) 用单向拉伸机对膜片进行连续拉伸, 拉伸倍数 5 倍, 拉伸温度为 140℃, 拉伸 后, 在 145℃下热定型 5 分钟, 制备得到锂离子电池聚烯烃微孔隔膜。
         实施例 3
         一种锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 由以下方法制备得到 :
         (1) 将 100g 实施例 1 制备的改性二氧化硅与 125g 超高分子量的聚乙烯 (135℃在 十氢萘中测定特性粘度为 22dL/g) 混合, 然后加入 1250g 普通聚乙烯树脂进行共混造粒, 制 得改性母粒 ;
         (2) 将 5000g 改性母粒与 45000g 聚乙烯树脂通过双螺杆 ( 或单螺杆 ) 挤出机熔融 共混挤出, 200℃熔体温度, 熔体拉伸比 400 倍, 在应力场下结晶, 形成具有硬弹性结构的膜 片;
         (3) 用单向拉伸机对膜片进行连续拉伸, 拉伸倍数 2 倍, 拉伸温度为 100℃, 拉伸 后, 在 125℃下热定型 10 分钟, 制备得到锂离子电池聚烯烃微孔隔膜。
         实施例 4
         一种锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 由以下方法制备得到 :
         (1) 将 150g 实施例 2 制备的改性二氧化硅与 150g 超高分子量的聚乙烯 (135℃在 十氢萘中测定特性粘度为 22dL/g) 混合, 然后加入 1200g 普通聚乙烯树脂进行共混造粒, 制 得改性母粒 ;
         (2) 将 4000g 改性母粒与 80000g 聚乙烯树脂通过双螺杆 ( 或单螺杆 ) 挤出机熔融 共混挤出, 210℃熔体温度, 熔体拉伸比 500 倍, 在应力场下结晶, 形成具有硬弹性结构的膜 片;
         (3) 用单向拉伸机对膜片进行连续拉伸, 拉伸倍数 2 倍, 拉伸温度为 120℃, 拉伸 后, 在 100℃下热定型 5 分钟, 制备得到锂离子电池聚烯烃微孔隔膜。
         实施例 5
         一种锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 由以下方法制备得到 :
         (1) 将 100g 实施例 1 制备的改性二氧化硅与 200g 超高分子量的聚乙烯 (135℃在 十氢萘中测定特性粘度为 9dL/g) 混合, 然后加入 1250g 普通聚乙烯树脂进行共混造粒, 制 得改性母粒 ;
         (2) 将 5000g 改性母粒与 95000g 聚乙烯树脂通过双螺杆 ( 或单螺杆 ) 挤出机熔融 共混挤出, 210℃熔体温度, 熔体拉伸比 800 倍, 在应力场下结晶, 形成具有硬弹性结构的膜 片;
         (3) 用单向拉伸机对膜片进行连续拉伸, 拉伸倍数 2 倍, 拉伸温度为 130℃, 拉伸 后, 在 125℃下热定型 10 分钟, 制备得到锂离子电池聚烯烃微孔隔膜。
         实施例 6
         一种锂离子电池聚烯烃微孔隔膜, 由以下方法制备得到 :
         (1) 将 100g 实施例 2 制备的改性二氧化硅与 100g 超高分子量的聚丙烯 (135℃在
         十氢萘中测定特性粘度为 33dL/g) 混合, 然后加入 1800g 普通聚丙烯树脂进行共混造粒, 制 得改性母粒 ;
         (2) 将 5000g 改性母粒与 45000g 聚丙烯树脂通过双螺杆 ( 或单螺杆 ) 挤出机熔融 共混挤出, 250℃熔体温度, 熔体拉伸比 50 倍, 在应力场下结晶, 形成具有硬弹性结构的膜 片;
         (3) 用单向拉伸机对膜片进行连续拉伸, 拉伸倍数 3 倍, 拉伸温度为 150℃, 拉伸 后, 在 150℃下热定型 5 分钟, 制备得到锂离子电池聚烯烃微孔隔膜。
         实施例 7( 对比例 )
         一种锂离子电池隔膜, 由以下方法制备得到 :
         (1) 聚丙烯树脂通过双螺杆 ( 或单螺杆 ) 挤出机熔融挤出, 220℃熔体温度, 熔体拉 伸比 300 倍, 熔体在应力场下结晶, 形成具有硬弹性结构的膜片 ;
         (2) 用单向拉伸机对膜片进行连续拉伸 : 拉伸倍数 2 倍, 拉伸温度为 100℃, 拉伸 后, 在 150℃下热定型 10 分钟, 制备得到锂离子电池隔膜。
         以下对实施例制备得到的锂离子电池聚烯烃微孔隔膜进行性能测试。 测试方法如 下:
         透气性测试 :
         在 25℃下, 在 1.22KPa 的静压下, 测量 100ml 空气通过有效测试面积为 1in2 的样 品所需要的时间 ( 秒 ) 作为膜的透气性值。
         膜孔径测试 :
         采用扫描电镜法, 直接观察膜的表面微孔, 再统计。
         膜孔隙率测试 :
         将已经称量的聚合物微孔膜 (W1) 浸入十六烷中, 浸泡 2 小时, 取出后用滤纸将其 表面液体吸干, 对湿膜进行称量 (W2), 膜孔隙率通过下式计算 :
         式中 V1、 V2 分别为聚合物膜的体积和十六烷的体积, ρ 1、 ρ2 分别为聚合物膜的密 度和十六烷的密度。
         隔膜的热收缩率测试 :
         在 90℃温度中, 热处理 1 小时, 测试隔膜在纵向和横向的收缩比, 计算公式如下 :
         其中 Li、 Lf 分别代表隔膜热处理前后的尺寸。 实施例制备得到的锂离子电池聚烯烃微孔隔膜的性能如下表所示 : 表1 : 实施例中所制锂离子电池聚烯烃微孔隔膜的性能 ( 其中实施例 7 是对比例 )从实施例所制锂离子电池聚烯烃微孔隔膜的性能可看出, 本发明的锂离子电池聚 烯烃微孔隔膜在膜厚度、 膜孔隙率, 断裂强度等方面明显优于对比例隔膜。
         上述实施例为本发明较佳的实施方式, 但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制, 其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、 替代、 组合、 简化, 均应为等效的置换方式, 都包含在本发明的保护范围之内。
         11

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    一种 改性 二氧化硅 性能 锂离子电池 隔膜 应用
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