【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚丙烯塑料领域，具体涉及一种稀土改性塑料及其制备方法，该稀土改性塑料为使用腐殖酸镧改性复合的聚丙烯塑料，该稀土改性塑料具有较好的热稳定性及机械强度，可用于锂电池隔膜，对电解液有较好的浸润性。
技术介绍
1、隔膜作为锂离子电池最重要的部件之一，放置在正极和负极之间不直接参与电化学反应，但其结构和性能在电池性能中起着重要的作用。隔膜的主要作用是防止电极之间的物理接触，同时隔膜的孔道结构是正负极间锂离子的传输通道，使锂离子电池的电化学反应可以进行，可见隔膜性能的好坏直接影响锂离子电池的电化学性能。锂电池性能优异的隔膜在满足电子绝缘强、离子电导高及成本因素的前提下至少需要具有以下特征和要求：（1）化学稳定性：为了获得长寿命的电池性能，隔膜需抵抗充放电过程中自身的降解及机械强度的降低；以及具有稳定电解液和电极材料的能力；（2）电解液润湿性：电解液对隔膜的有效润湿决定了离子在传输过程中的阻抗大小，润湿性越好，锂离子在电池内部迁移的阻抗越小，从而电池的电化学性能也越好，隔膜完全被电解液浸润也有利于电池的整体组装；（3）厚度：隔膜的厚度在安全性和电化学性能方面起着关键的作用。隔膜应在具有最小厚度的同时而具有最好的机械强度，以使其能够抵抗锂枝晶的生长穿透并在组装过程中可以承受一定的压力，同时也可提供高的离子电导率以实现理想的电化学性能；（4）热收缩率：锂电池工作时内部电化学反应过程会产生热量，如果隔膜熔点太低，则这部分热量会使得隔膜发生热收缩，可能导致正负极间发生直接的接触，造成电池短路，严重时会导致爆炸，产生严重的安全隐患。>
2、目前，商业隔膜基本都是以聚乙烯、聚烯烃为基础，其中聚丙烯膜具有更高的熔点，对电池的安全性能会有较大提升，因此广泛应用于锂电池隔膜基膜，聚丙烯类隔膜具有好的机械强度和电化学稳定性，但其固有的低极性和表面能导致隔膜的润湿性差，使得电解液在隔膜表面难以有效的渗透和保留，进而导致电池内部形成电解液死区增大了电池整体的阻抗，从而降低了离子电导率并影响了其电化学特性，同时较差的热稳定性易引起隔膜的热收缩变形，甚至可能引起电池爆炸。因此，提高聚丙烯类隔膜的润湿性和热稳定性至关重要。 为了提高电解液的吸收和保留，目前采用的方法主要是提高隔膜与电解液之间的亲和力，从而减缓电解液的分解流失，确保隔膜与电解液之间良好的接触，此外，充足的电解液也使得隔膜在高电流密度下能拥有离子的快速传输通道，从而使电池在高电流密度下拥有优异的电化学性能，同时良好的浸润性也降低了电池组装的时间成本。接枝和涂层是提高聚丙烯隔膜润湿性的常规做法。如 cn104403195a公开了高浸润性锂离子电池隔膜的原料及隔膜加工方法，原料由聚烯烃树脂和马来酸酐接枝聚丙烯制成。隔膜制备方法包括如下步骤：步骤1：将聚烯烃树脂、马来酸酐接枝聚丙烯与其它添加剂通过搅拌混料机搅拌均匀，得到混合物ⅰ；步骤2：将混合物ⅰ加入到挤出流延系统中进行铸片，制备前驱体膜；步骤3：将所得前驱体体膜放入恒温烘箱中进行退火处理；步骤4：将退火后的前驱体膜进行纵向拉伸，制备出具有微孔结构的隔膜，其制备的隔膜浸润性高、成本低。cn110137416a公开了一种聚烯烃锂电隔膜制备方法，以多孔聚烯烃隔膜为基体，所述聚烯烃隔膜的单侧或双侧涂敷有改性的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)有机物涂层，所述的改性的聚甲基丙烯酸甲酯有机物是无机氧化物纳米颗粒和聚甲基丙烯酸甲酯复合而成的有机物。该隔膜具有良好的电解液浸润性，并且可防止高分子聚合物溶胀导致离子通道堵塞。cn111725468b公开了一种二氧化硅无机纳米粒子增强聚烯烃隔膜，利用二氧化硅无机纳米粒子优异的热稳定性，通过粘结剂将二氧化硅无机纳米粒子涂覆在聚烯烃隔膜上，以提高隔膜的热稳定性，该复合隔膜具有较好的电解液浸润性。但一般涂层的孔隙率不够高，导致隔膜的吸液率大打折扣，影响锂离子的迁移，电池的内阻升高，同时后期涂覆的涂层也容易脱落，从而限制了锂离子电池的性能及稳定性。
3、针对聚丙烯的热稳定性不好问题，常规做法是进行表面修饰，聚丙烯的熔点为165℃，在电化学反应进程中所产生的热量使得隔膜发生热收缩，进而导致正负极间直接接触发生短路，这对于电池的安全性能造成了严重的影响，cn118507978a公开了一种隔膜，包括：凹凸棒土、聚丙烯腈氧化物和聚乙烯醇。在确保隔膜具有较好的吸附电解液性能、有效的扩散途径、较小的界面阻抗、良好的隔热性能、耐热性能以及阻燃性能的前提下，进一步提高了隔膜的热稳定性和离子电导率。cn103992505a公开了一种提高聚丙烯锂离子电池隔膜的亲水性及热稳定性的方法，通过水溶液聚合的方法分别制备出含有阴离子和阳离子结构单元的阴、阳离子聚电解质，将经过预处理的聚丙烯隔膜反复交替浸泡在两种聚电解质溶液中，使高分子聚电解质在静电力的作用下自组装到聚丙烯隔膜表面，提高隔膜亲水性和热稳定性。cn109148795a公开了一种电池复合隔膜的制备方法，将有机材料聚丙烯薄膜和无机陶瓷材料结合，制备出复合隔膜，无机陶瓷材料分布在复合隔膜的三维结构中，形成特定的刚性骨架，凭借极高的热稳定性可有效防止隔膜在热失控条件下发生收缩、熔融，提高电池的安全性。cn114497894a公开了一种用于锂电池的具有单面导电性的janus隔膜，通过在高浓度臭氧改性聚丙烯膜表面，进行含碳纳米管的聚芳醚酮的涂覆、刮膜、相转化制备得到janus隔膜，具有优异的热稳定性和电化学性能。但上述做法如表面涂覆改性或复合层隔膜不可避免地会增加隔膜厚度，这对于提高锂离子电池的能量密度是不利的。因此有必要在不增加膈膜厚度的前提下提供一种具有优良热稳定性及电解液浸润的聚丙烯隔膜，使其具有较高的离子电导率和优异稳定的电化学性能以及机械强度，满足锂电池更高的使用要求。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种稀土改性塑料及其制备方法，使用腐殖酸镧作为聚丙烯薄膜制备的添加剂，通过与聚丙烯、共聚弹性体原料混合干法制备聚丙烯薄膜，该薄膜相比纯的聚丙烯薄膜具有更高的软化失效温度，该薄膜具有较好的机械强度、热稳定性及出色的吸液性，当该薄膜用于锂电池隔膜时可在隔膜较薄时具有较高的离子电导率和优异稳定的电化学性能以及机械强度，满足锂电池使用要求。
2、为了实现上述专利技术目的，本申请提供了一种稀土改性塑料，所述塑料为聚丙烯薄膜，所述薄膜厚度为5~20μm，所述改性塑料中采用腐殖酸镧作为添加剂，所述改性聚丙烯薄膜破膜温度≥180℃。
3、通常聚丙烯的熔点为165℃，当锂电池热失控内部温度超过165℃时，隔膜熔融，正负极短路，锂电池报废。在聚丙烯薄膜制备及使用过程中，腐殖酸镧中的镧离子与聚丙烯分子中的不稳定基团反应，抑制聚丙烯的降解，此外还能捕捉自由基，阻止链式反应，从而有效抑制聚丙烯的热降解，提高其热稳定性。本申请采用腐殖酸镧为添加剂制备的薄膜可提升薄膜的熔融温度，避免使用该隔膜的锂电池内部充放电过程中可能会出现部分区域急速升温，瞬时温度超过165℃导致的熔融失效，在一定程度上保护了锂电池，并提升了其使用温度范围。
4、进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种稀土改性塑料，所述塑料为聚丙烯薄膜，所述薄膜厚度为5~20μm，其特征在于，所述改性塑料中采用腐殖酸镧作为添加剂，所述改性聚丙烯薄膜破膜温度≥180℃。
2.根据权利要求1所述的稀土改性塑料，其特征在于，以质量百分比计，所述稀土改性塑料的原料包括75%~95%聚丙烯主材、2%~10%共聚弹性体和1%~15%腐殖酸镧。
3.根据权利要求2所述的稀土改性塑料，其特征在于，所述稀土改性塑料由80%~90%聚丙烯主材、5%~10%共聚弹性体和5%~10%腐殖酸镧作为原料制备获得。
4.根据权利要求2~3任一项所述的稀土改性塑料，其特征在于，所述共聚弹性体包括聚乙烯丁烯共聚弹性体和/或聚乙烯丙烯共聚弹性体。
5.根据权利要求1所述的稀土改性塑料，其特征在于，所述腐殖酸镧制备方法如下：（1）制备腐殖酸水溶液：称取0.5kg腐殖酸粉末将其加入到含有0.4kg NaOH的100L去离子水中，持续搅拌10~30min至分散均匀，在搅拌条件下将溶液pH调节到7~8后过滤，得到腐殖酸溶液；
6.一种权利要求1~3任一项所述的稀土改性塑
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述共聚弹性体包括聚乙烯丁烯共聚弹性体和/或聚乙烯丙烯共聚弹性体。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述腐殖酸镧制备方法如下：（1）制备腐殖酸水溶液：称取0.5kg腐殖酸粉末将其加入到含有0.4kg NaOH的100L去离子水中，持续搅拌10~30min至分散均匀，在搅拌条件下将溶液pH调节到7~8后过滤，得到腐殖酸溶液；
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述双向拉伸处理包括依次进行的纵向拉伸处理和横向拉伸处理，所述纵向拉伸处理的工艺条件包括：拉伸温度为130℃~160℃，纵向拉伸比为7:1~10:1；所述横向拉伸处理的工艺条件包括：拉伸温度为150℃~170℃，拉伸比为3:1~6:1。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热处理温度为120℃~130℃，热处理时间为10~60s，所述电晕处理的功率为80kW，线速度为80~200m/min。
...【技术特征摘要】
1.一种稀土改性塑料，所述塑料为聚丙烯薄膜，所述薄膜厚度为5~20μm，其特征在于，所述改性塑料中采用腐殖酸镧作为添加剂，所述改性聚丙烯薄膜破膜温度≥180℃。
2.根据权利要求1所述的稀土改性塑料，其特征在于，以质量百分比计，所述稀土改性塑料的原料包括75%~95%聚丙烯主材、2%~10%共聚弹性体和1%~15%腐殖酸镧。
3.根据权利要求2所述的稀土改性塑料，其特征在于，所述稀土改性塑料由80%~90%聚丙烯主材、5%~10%共聚弹性体和5%~10%腐殖酸镧作为原料制备获得。
4.根据权利要求2~3任一项所述的稀土改性塑料，其特征在于，所述共聚弹性体包括聚乙烯丁烯共聚弹性体和/或聚乙烯丙烯共聚弹性体。
5.根据权利要求1所述的稀土改性塑料，其特征在于，所述腐殖酸镧制备方法如下：（1）制备腐殖酸水溶液：称取0.5kg腐殖酸粉末将其加入到含有0.4kg naoh的100l去离子水中，持续搅拌10~30min至分散均匀，在搅拌条件下将溶液ph调节到7~8后过滤，得到腐殖酸溶液；
6.一种权利要求1~3任一项所述的稀土改性塑料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按比例称取聚丙烯主材、共聚弹性...
【专利技术属性】
技术研发人员：王强，张志成，王政，赵剑峰，白娟，张炜如，
申请(专利权)人：内蒙古科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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