一种多级孔纤维布基聚合物复合膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多级孔纤维布基聚合物复合膜及其制备方法和应用。本发明专利技术通过选取不同经纬比和不同海岛组分占比的COPET/PP海岛型纤维布，用碱溶液去除海组分COPET，得到超细旦丙纶纤维布作为支撑层，然后在支撑层上涂布含有聚合物混合物和不同粒径的纳米沸石颗粒的涂覆浆料，经烘干热压，制备得到多级孔纤维布基聚合物复合膜，其能够在保证高吸液率、高保液率和高离子电导率的良好性能的同时，具有高耐热性、抗皱缩能力和抑制锂枝晶的穿刺能力，特别适用于锂电池隔膜。特别适用于锂电池隔膜。特别适用于锂电池隔膜。

【技术实现步骤摘要】
一种多级孔纤维布基聚合物复合膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种多级孔纤维布基聚合物复合膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池由于其高能量密度、优异的循环倍率、环境友好等优点，在数码产品、电动汽车以及储能等领域有广泛应用。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜性能的优劣决定了电池的内阻大小、与极片的粘合性以及使用的稳定性，最终影响电池的放电容量、循环倍率性能和安全性等特性。
[0003]目前市场化的商用隔膜主要有聚烯烃类隔膜或是涂覆类聚烯烃类隔膜，然而现有的此类隔膜熔点相对较低，吸液率与保液率不高，且当电池在较高的温度工作时，隔膜会出现卷曲现象，增加了与极片的接触面积，大大增加了电池的内阻，影响其循环性能。
[0004]对此，复合型隔膜在电池隔膜中开始逐渐被关注。中国专利申请CN113285174A公开了将聚苯硫醚和碱溶性聚酯混合经过熔融纺丝得到海岛型聚苯硫醚复合纤维，再经过热处理与纳米纤维混合，热压得到海岛型聚苯硫醚复合电池隔膜，虽然能够提供良好的热稳定性、机械性能和化学稳定性，但隔膜厚度难以控制，且孔隙率不高，孔径分布不均匀，吸液率和离子电导率不高。中国专利申请CN206893686U公开一种多层结构的复合电池隔膜，通过对各层的优化，提高了电池隔膜的耐热性，但多层复合隔膜的孔径可控性较低，造成隔膜孔径分布不均，使得电池在使用过程中容易产生局部短路进而影响整个电池的安全性。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种多级孔纤维布基聚合物复合膜的制备方法，通过本专利技术方法制得的多级孔纤维布基聚合物复合膜，在保证高吸液率、高保液率和高离子电导率的良好性能的同时，具有高耐热性、抗皱缩能力和抑制锂枝晶的穿刺能力，特别适用于锂电池隔膜。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种多级孔纤维布基聚合物复合膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)纤维布基支撑层的制备：将COPET/PP海岛型纤维布用碱溶液浸泡除去其中的海组分COPET，制得超细旦丙纶纤维布基支撑层；
[0009]所述COPET/PP海岛型纤维布由以聚丙烯为岛组分、聚对苯二甲酸乙二醇酯为海组分的海岛型超细旦纤维编织而成；
[0010](2)涂覆浆料的制备：在分散剂溶液中加入胶黏剂和表面活性剂，搅拌混合均匀，然后加入聚合物混合物和纳米沸石颗粒，搅拌混合均匀，制得涂覆浆料；
[0011]所述涂覆浆料中，表面活性剂含量为0.5～1wt％，胶黏剂含量为1～5wt％，聚合物混合物含量为5～10wt％，纳米沸石颗粒含量为5～15wt％；
[0012](3)复合膜的制备：将步骤(2)制得的涂覆浆料涂布于步骤(1)制得的纤维布基支
撑层，经过烘干、热压，制得多级孔纤维布基聚合物复合膜。
[0013]聚对苯二甲酸乙二醇酯为碱溶性聚酯，本专利技术采用碱溶液去除纤维布中的海组分COPET。优选的，本专利技术步骤(1)中采用80～100℃碱溶液浸泡COPET/PP海岛型纤维布10～30min；所述碱溶液可选自选自氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的任意一种。
[0014]本专利技术所述的海岛型超细旦纤维是将聚丙烯分散于聚对苯二甲酸乙二醇酯中的复合纤维，从纤维的横截面看是PP以细微而分散的状态被COPET包围着，即PP呈“岛”状态，COPET呈“海”状态，其岛组分和海组分在纤维轴向上是连续、密集、均匀分布的，若用溶剂把海组分去除，则可以得到集束状的超细旦丙纶纤维束。
[0015]优选的，本专利技术所述的海岛型超细旦纤维中作为岛结构的单股超细旦丙纶纤维的根数为25
‑
45根。
[0016]优选的，所述超细旦丙纶纤维为0.1～0.5旦。
[0017]本专利技术所述的COPET/PP海岛型纤维布，由海岛型超细旦纤维经纬交叉编织而成，通过去除海组分结构后，留下岛组分超细旦丙纶纤维布，从而使纤维布的纤维之间能够存有一定的空隙，海组分的占比不同会影响最终超细旦丙纶纤维布基支撑层的纤维间空隙大小，优选的，本专利技术所述的COPET/PP海岛型纤维布中的岛组分占比60～70wt％，海组分占比30～40wt％。
[0018]纤维布在编织过程中存在着可控的经纬比，由于经纬比的不同能够控制去除海组分后的超细旦丙纶纤维布基支撑层的经纬向纤维交织点间隙的分布均匀状况，使其能够均匀嵌入沸石颗粒，从而控制引入的孔结构能够均匀分布。优选的，所述的COPET/PP海岛型纤维布的经纬比为(20
‑
50)：(15
‑
35)，优选为(30
‑
45)：(25
‑
30)。本专利技术所述经纬比为径向和纬向的海岛型纤维的根数比。
[0019]本专利技术的超细旦丙纶纤维布基支撑层的孔隙率为30％～60％，孔径范围为0.5μm～4μm；优选的，所述的超细旦丙纶纤维布基支撑层的孔隙率为48％～55％，孔径范围为0.5μm～1μm。
[0020]本专利技术将COPET/PP海岛型纤维布洗去海组分后得到的超细旦丙纶纤维布作为支撑层，该支撑层能够提供良好的机械性能和抗皱性能，同时，该支撑层起到一个分子筛的功能，粒径较小的颗粒能够渗入到单根纤维与单根纤维的空隙内部，粒径中等的颗粒能够嵌入经纬向纤维交织点间隙中，而粒径较大的颗粒覆盖在纤维表层。
[0021]本专利技术步骤(2)中，所述的分散剂溶液选自N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N
‑
甲基吡咯烷酮或聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种或几种。
[0022]所述的胶粘剂选自聚乙烯醇、聚丙烯醇、丙烯酸类胶黏剂或乙烯乙酸酯类胶黏剂中的任意一种或几种。
[0023]所述的表面活性剂选自氟碳表面活性剂、硅烷表面活性剂或多元醇类表面活性剂中的任意一种或几种；优选的，所述的氟碳表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯或聚丙二醇的环氧乙烷加成物中的任意一种或几种；所述的硅烷表面活性剂选自三硅氧烷或胺基聚醚中的任意一种或几种；所述的多元醇类表面活性剂选自聚丙二醇的环氧乙烷加成物、甘油二脂肪酸酯、乙二醇、甘油季戊四醇或二脂肪酸酯中的任意一种或几种。
[0024]本专利技术所述的纳米沸石颗粒选自FAU型沸石、ZSM
‑
5沸石、AFI型沸石或MFI型沸石
中的任意一种或几种；优选为FAU型沸石。
[0025]优选的，所述的纳米沸石颗粒的孔径范围为0.1nm～10nm。
[0026]本专利技术所述的纳米沸石颗粒中包括小粒径沸石颗粒、中粒径沸石颗粒或大粒径沸石颗粒中的任意一种或几种，其中，所述小粒径为0.1μm≤粒径＜0.5μm，所述中粒径为0.5μm≤粒径≤1μm，所述大粒径为1μm＜粒径≤3μm；优选的，所述的纳米沸石颗粒中包括20～50wt％小粒径沸石颗粒、30～65wt％中粒径沸石颗粒、0～4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级孔纤维布基聚合物复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）纤维布基支撑层的制备：将COPET/PP海岛型纤维布用碱溶液浸泡除去其中的海组分COPET，制得超细旦丙纶纤维布基支撑层；所述COPET/PP海岛型纤维布由以聚丙烯为岛组分、聚对苯二甲酸乙二醇酯为海组分的海岛型超细旦纤维编织而成；（2）涂覆浆料的制备：在分散剂溶液中加入胶黏剂和表面活性剂，搅拌混合均匀，然后加入聚合物混合物和纳米沸石颗粒，搅拌混合均匀，制得涂覆浆料；所述涂覆浆料中，表面活性剂含量为0.5~1wt%，胶黏剂含量为1~5wt%，聚合物混合物含量为5~10wt%，纳米沸石颗粒含量为5~15wt%；（3）复合膜的制备：将步骤（2）制得的涂覆浆料涂布于步骤（1）制得的纤维布基支撑层，经过烘干、热压，制得多级孔纤维布基聚合物复合膜。2.根据权利要求1所述的多级孔纤维布基聚合物复合膜的制备方法，其特征在于，所述的COPET/PP海岛型纤维布的经纬比为（20
‑
50）：（15
‑
35），优选为（30
‑
45）：（25
‑
30）；所述的COPET/PP海岛型纤维布中的岛组分占比60~70wt%，海组分占比30~40wt%。3.根据权利要求1所述的多级孔纤维布基聚合物复合膜的制备方法，其特征在于，所述的海岛型超细旦纤维中作为岛结构的单股超细旦丙纶纤维的根数为25
‑
45根；所述超细旦丙纶纤维为0.1~0.5旦。4.根据权利要求1所述的多级孔纤维布基聚合物复合膜的制备方法，其特征在于，所述的超细旦丙纶纤维布基支撑层的孔隙率为30%~60%，孔径范围为0.5μm~4μm；优选的，所述的超细旦丙纶纤维布基支撑层的孔隙率为48%~55%，孔径范围为0.5μm~1μm 。5.根据权利要求1所述的多级孔纤维布基聚合物复合膜的制备方法，其特征在于，所述的聚合物混合物选自含氟类聚合物和含酯类聚合物；优选的，所述含氟类聚合物和含酯类聚合物的重量比例为（3
‑
7）：（2
‑
8）；所述含氟类聚合物选自聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯
‑
四氟乙烯共聚物或四氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物中的任意一种或几种，优选为聚偏氟乙烯；所述含酯类聚合物选自聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯酸甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷彩红，钱旺，郭清海，薛南翔，徐睿杰，江建平，陈光明，柯伟斌，
申请(专利权)人：广东蒙泰高新纤维股份有限公司，
类型：发明
国别省市：