一种冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜及其制备工艺，包括以下步骤：(1)制备浆料：取石蜡油、纯水、润湿剂、羟乙基纤维素混合，制得浆料；(2)制备涂覆隔膜：将浆料涂覆于基膜上，在液氮中脆冷，低温冷冻，萃取，烘干，制得涂覆隔膜。本发明专利技术通过冰结晶诱导自组装的方法制备涂覆隔膜，在冷冻结晶的过程中，羟乙基纤维素分子在冰晶体的边界处生长，同时还会大量的包裹住冰晶体，发生聚集现象，从而诱导进行自组装，形成聚集现象，利于涂覆隔膜孔隙的形成。的形成。的形成。

【技术实现步骤摘要】
一种冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及电池隔膜
，具体为一种冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜及其制备工艺。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，锂电池已经成为了主流。锂电池的结构包括正极、负极、电解质和电池隔膜，其正/负极材料为锂金属或锂合金，使用非水溶液作为电解质。其中电池隔膜是锂电池的关键内层组件，它的性能决定了所制电池的界面结构、内阻等，直接影响锂电池的容量、循环性能、安全性能等特性。电池隔膜的优异性能对电池综合性能的提高有着重要意义。电池隔膜的主要作用是将锂电池的正负极隔离，防止两极接触，并使电解质中的离子通过。市场中商用的锂电池隔膜常为聚烯烃隔膜，如PE、PP微孔膜、无纺布、芳纶等，以PE隔膜为例，其孔隙率常见的范围在38～47％，孔隙率低，对电解液的亲和性不利，隔膜吸液量不高，现有的吸液量较高的隔膜，其吸液量才达到120％；隔膜表面的疏水性强，不利于润湿效果；且隔膜表面较为致密，不利于电解液的渗透和离子的通过，会降低电池的电化学性能。因此，我们提出一种冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜及其制备工艺。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜及其制备工艺，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜，包括以下步骤：
[0005](1)制备浆料：取石蜡油、纯水、润湿剂混合，高速搅拌，加入羟乙基纤维素，加热搅拌，制得浆料；
[0006](2)制备涂覆隔膜：将浆料涂覆于基膜上，在液氮中脆冷，低温冷冻，浸入乙醇中萃取，烘干，制得涂覆隔膜。
[0007]进一步的，包括以下步骤：
[0008](1)制备浆料：
[0009]取石蜡油、纯水、润湿剂混合，高速搅拌，工艺为：搅拌转速1000～3000rpm，搅拌时间3～6h；
[0010]加入羟乙基纤维素，加热搅拌，工艺为：温度45～65℃，搅拌转速1000～3000rpm，搅拌时间5～8h，制得浆料；
[0011](2)制备涂覆隔膜：将浆料涂覆于基膜上，在液氮中脆冷30～60min，放入冰箱冷冻6～12h，冷冻温度为
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38～
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7℃，浸入乙醇中萃取，在60～80℃温度下烘干，制得涂覆隔膜。
[0012]进一步的，包括以下步骤：
[0013](1)制备浆料：
[0014]取石蜡油、纯水、润湿剂、表面活性剂混合，高速搅拌，工艺为：搅拌转速1000～
3000rpm，搅拌时间3～6h；
[0015]加入羟乙基纤维素，加热搅拌，工艺为：温度45～65℃，搅拌转速1000～3000rpm，搅拌时间5～8h，制得浆料；加入润湿剂能够降低浆料的表面张力，使浆料更容易涂覆在隔膜表面；
[0016](2)制备涂覆隔膜：将浆料涂覆于基膜上，得到隔膜，在液氮中脆冷30～60min，利用液氮的极速冷却将隔膜定型；放入冰箱冷冻6～12h，冷冻温度为
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38～
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7℃，该步骤是形成孔隙的关键过程，在冷冻结晶的过程中，由相分离析出的羟乙基纤维素(HEC)不仅仅在冰晶体的边界处生长，同时还会大量的包裹住冰晶体，诱导发生自组装，形成聚集现象，同时丰富的羟乙基纤维素还将液体石蜡液滴牢牢的封锁在自己的体相中；浸入乙醇中萃取，洗出隔膜中的石蜡油，由液体石蜡液滴所形成的孔结构越来越明显，在60～80℃温度下烘干，制得涂覆隔膜，利用冰结晶诱导自组装的方法制得的涂覆隔膜，其吸液量、电导率大大提高，接触角减小，亲水性增强，表面形成多孔结构，增加了涂覆隔膜的孔隙率。
[0017]进一步的，所述石蜡油、纯水、表面活性剂、羟乙基纤维素的质量比为0.15：100：(0.03～0.08)：(1～5)。
[0018]羟乙基纤维素为纤维素衍生物的一种，由碱性纤维素和环氧乙烷经醚化反应制备，是一种水溶性天然无毒高分子，它具有良好的增稠、悬浮、分散、乳化、粘合、成膜、保护水分等特性，可制备不同粘度范围的溶液；
[0019]随着HEC含量的增加，涂覆隔膜表面的形貌是不同的，从无序纤维状到有序多孔，再到致密多孔变化。这是由于在低HEC浓度下，冰晶体占整个体系的大部分，在冰晶体边界处生长的羟乙基纤维素少而稀疏，分散在乳液中的液体石蜡液滴模板无法被羟乙基纤维素锁住，随着冷冻干燥和萃取过程而流失，最后只留下无序而又稀疏的羟乙基纤维素，而当羟乙基纤维素浓度增加时，体系的主客体发生倒置，这时羟乙基纤维素占主体，在冷冻结晶的过程中，由相分离析出的羟乙基纤维素不仅仅在冰晶体的边界处生长，同时还会大量的包裹住冰晶体，发生聚集现象，同时丰富的羟乙基纤维素在还将液体石蜡液滴牢牢的封锁在自己的体相中，这样经过冷冻干燥和萃取之后，由液体石蜡液滴所形成的孔结构越来越明显；
[0020]羟乙基纤维素中含有丰富的
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OH和C
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O
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C官能团，这些官能团和电解液有着良好的亲和性，同时多孔的纤维状HEC增加了涂覆隔膜的孔隙率，有利于物理吸附电解液，显著提高所制涂覆隔膜的吸液量；羟乙基纤维素链上带有大量的羟基和其他具有强极性的基团，能够提高所制涂覆隔膜的亲水性；
[0021]进一步的，所述润湿剂为聚山梨酯80，所述基膜为聚烯烃。
[0022]进一步的，所述表面活性剂为有机硅醚类的表面活性剂、阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂中的一种或多种。
[0023]进一步的，所述阴离子型表面活性剂为烷基芳基磺酸钠、丁基萘磺酸钠、羟乙基磺酸钠、十二烷基磺酸钠中的一种。
[0024]进一步的，所述非离子型表面活性剂为长链脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种。
[0025]进一步的，所述步骤(2)中的涂覆方式为凹版辊涂、窄缝挤压涂、浸涂中的一种。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0027]1.本专利技术的冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜的制备工艺，通过配制含羟乙基纤维素的浆料，将浆料涂覆在聚烯烃基膜表面制得隔膜，因羟乙基纤维素中含有丰富的
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OH和C
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O
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C官能团，与电解液间有着良好的亲和性，同时多孔的纤维状羟乙基纤维素增加了隔膜的孔隙率，有利于物理吸附电解液，大大提高所制涂覆隔膜的吸液量。
[0028]2.本专利技术的冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜的制备工艺，通过冰结晶诱导自组装的方法制备涂覆隔膜，在冷冻结晶的过程中，羟乙基纤维素分子在冰晶体的边界处生长，同时还会大量的包裹住冰晶体，发生聚集现象，从而诱导进行自组装，形成聚集现象，利于涂覆隔膜孔隙的形成。
[0029]3.本专利技术的冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜的制备工艺，通过配制的浆料中含有石蜡油，在冷却结晶过程中，丰富的羟乙基纤维素将液体石蜡液滴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：(1)制备浆料：取石蜡油、纯水、润湿剂混合，高速搅拌，加入羟乙基纤维素，加热搅拌，制得浆料；(2)制备涂覆隔膜：将浆料涂覆于基膜上，在液氮中脆冷，低温冷冻，浸入乙醇中萃取，烘干，制得涂覆隔膜。2.根据权利要求1所述的一种冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：(1)制备浆料：取石蜡油、纯水、润湿剂混合，高速搅拌，工艺为：搅拌转速1000～3000rpm，搅拌时间3～6h；加入羟乙基纤维素，加热搅拌，工艺为：温度45～65℃，搅拌转速1000～3000rpm，搅拌时间5～8h，制得浆料；(2)制备涂覆隔膜：将浆料涂覆于基膜上，在液氮中脆冷30～60min，放入冰箱冷冻6～12h，冷冻温度为
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7℃，浸入乙醇中萃取，在60～80℃温度下烘干，制得涂覆隔膜。3.根据权利要求2所述的一种冰结晶诱导自组装的多孔涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：(1)制备浆料：取石蜡油、纯水、润湿剂、表面活性剂混合，高速搅拌，工艺为：搅拌转速1000～3000rpm，搅拌时间3～6h；加入羟乙基纤维素，加热搅拌，工艺为：温度45～65℃，搅拌转速1000～3000rpm，搅拌时间5～8h，制得浆料；(2)制备涂覆隔膜：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘科，尚文滨，陈朝晖，
申请(专利权)人：江苏厚生新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：