一种高透过性芳纶涂覆隔膜及其制备工艺的制作方法

本发明属于先进无机非金属材料以及电子核心产业，涉及电芯的核心材料，尤其涉及锂离子电池的组件，具体涉及一种高透过性芳纶涂覆隔膜及其制备工艺。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、隔膜作为锂离子电池四大主材之一，不仅具有提供锂离子通道的功能，还具有使电池的正、负极隔开，防止正、负极接触导致短路的功能，是保障锂离子电池安全性能的关键。随着电池体系升级，电芯在工况下的产热增加，为防止电池发生内部短路、热失控，就要求电池各组件的安全性也要进一步提高。

3、目前，大规模商业化的隔膜材料主要以聚乙烯、聚丙烯为主，但此类材料熔点较低，当电池内部升高到一定温度时，隔膜很难保持其原有尺寸，导致正负极短路。为改善此种情况，常用的方法是对此类隔膜进行陶瓷、有机物涂覆，提升隔膜自身热稳定性，但随着电池材料体系升级，电池安全性能的需求进一步提高，陶瓷/有机物涂覆隔膜在更高的温度区间(t＞111℃)耐热表现不佳，而且陶瓷/有机物涂覆隔膜会导致隔膜部分锂离子通过率的下降，如何选择制备一种隔膜使锂电池隔膜耐热性能得到较大提升是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高透过性芳纶涂覆隔膜及其制备工艺。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种高透过性芳纶涂覆隔膜的制备工艺，包括如下步骤：

4、将芳纶溶液和聚乙烯醇溶液混合均匀，进行混合改性，芳纶和聚乙烯醇的质量比为1:1-1；

5、混合过程中，芳纶纳米纤维分子上的酰胺基团与聚乙烯醇分子上的羟基以及水分子上的羟基，彼此之间形成强氢键，并建立相互连接的聚合物网络，混合改性的温度为11-31℃，混合改性的时间为21-61min；

6、所述聚乙烯醇的分子量为146111-18611；

7、混合改性完毕后，加入消泡剂和粘结剂，混合均匀后得涂覆浆料；

8、将涂覆浆料涂覆于隔膜的单侧或双侧，干燥后，通过纯水槽进行溶剂交换，最后烘干即可。

9、芳纶纤维分子作为纳米高分子具有丰富链接点，分子存在的内在分支也有利于网状结构的高连通性。芳纶分子与聚乙烯醇之间广泛的氢键使得两种分子能够较容易交联，交联后的网状结构具有较高机械强度的同时为锂离子提供大量孔状通道，不会因涂覆工艺导致基体锂离子通过能力的降低。

10、混合过程中，芳纶纳米纤维分子上的酰胺基团与聚乙烯醇分子上的羟基以及水分子上的羟基，彼此之间形成强氢键，并建立相互连接的聚合物网络，混合改性的温度为11-31℃，混合温度太低或者太高影响两种纤维局部分散均匀性，从而降低复合纤维强度，混合改性的时间为21-61min；

11、所述聚乙烯醇的分子量为146111-18611，该分子量范围属高聚合度聚乙烯醇，此范围内聚乙烯醇溶液粘度适中利于加工，同时有利于复合后纤维强度与延伸性提升；聚乙烯醇聚合度增大，水溶液粘度增大，成膜后的强度和耐溶剂性提高，但水中溶解性、成膜后伸长率下降。

12、在一些实施例中，所述芳纶溶液的浓度为1-1％wt。

13、优选的，所述芳纶溶液中溶有助溶剂，助溶剂选自氯化锂(licl)、氯化钙(cacl2)或氢氧化钙(ca(oh)2)中的一种或其组合。

14、优选的，所述芳纶溶液的溶剂为二甲基亚砜(dmso)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)或邻苯二甲酸二甲酯(dmp)中的一种或其组合。

15、在一些实施例中，所述聚乙烯醇溶液的浓度为1-11％wt。

16、优选的，所述聚乙烯醇的醇解度为99％。

17、优选的，聚乙烯醇的溶剂为二甲基亚砜(dmso)。

18、在一些实施例中，所述消泡剂为二乙基己醇、正辛醇、异辛醇或异戊醇中的一种或其组合。

19、在一些实施例中，所述粘结剂为聚丙烯酸类树脂、聚醋酸乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物。

20、在一些实施例中，所述隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜或聚酰胺隔膜。

21、第二方面，本发明提供一种高透过性芳纶涂覆隔膜，由所述制备工艺制备而成。

22、上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

23、芳纶分子与聚乙烯醇分子之间具有广泛的氢键结合，两者之间高节点连接性和原分子之间的牢固连接会形成具有高机械强度的网状结构，使隔膜具有更好的热稳定性。该网状结构在具备较高强度的同时，还具有丰富孔结构。高机械强度赋予涂层较好抗穿刺能力，孔状结构使芳纶涂层保持较好电解液亲和力的同时具有较高保液率。此外，制备的芳纶涂覆隔膜具有更好的透气性。

24、孔隙率可以通过浆料浓度进行调整，减小了涂覆对锂离子透过能力的影响，提升隔膜在高倍率工况下表现。

技术特征：

1.一种高透过性芳纶涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高透过性芳纶涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：所述芳纶溶液的浓度为1-5％wt。

3.根据权利要求1所述的高透过性芳纶涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：所述芳纶溶液中溶有助溶剂，助溶剂选自氯化锂、氯化钙或氢氧化钙中的一种或其组合；

4.根据权利要求1所述的高透过性芳纶涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：所述聚乙烯醇溶液的浓度为1-10％wt。

5.根据权利要求4所述的高透过性芳纶涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：所述聚乙烯醇的醇解度为99％。

6.根据权利要求1所述的高透过性芳纶涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：聚乙烯醇的溶剂为二甲基亚砜。

7.根据权利要求1所述的高透过性芳纶涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：所述消泡剂为二乙基己醇、正辛醇、异辛醇或异戊醇中的一种或其组合。

8.根据权利要求1所述的高透过性芳纶涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：所述粘结剂为聚丙烯酸类树脂、聚醋酸乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物。

9.根据权利要求1所述的高透过性芳纶涂覆隔膜的制备工艺，其特征在于：所述隔膜为聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜或聚酰胺隔膜。

10.一种高透过性芳纶涂覆隔膜，其特征在于：由权利要求1-9任一所述制备工艺制备而成。

技术总结
本发明公开了一种高透过性芳纶涂覆隔膜及其制备工艺，包括如下步骤：将芳纶溶液和聚乙烯醇溶液混合均匀，进行混合改性，芳纶和聚乙烯醇的质量比为1:1‑1；混合过程中，芳纶纳米纤维分子上的酰胺基团与聚乙烯醇分子上的羟基以及水分子上的羟基，彼此之间形成强氢键，并建立相互连接的聚合物网络，混合改性的温度为11‑31℃，混合改性的时间为21‑61min；所述聚乙烯醇的分子量为146111‑18611；混合改性完毕后，加入消泡剂和粘结剂，混合均匀后得涂覆浆料；将涂覆浆料涂覆于隔膜的单侧或双侧，干燥后，通过纯水槽进行溶剂交换，最后烘干即可。本发明得到的芳纶涂覆隔膜透气性和热稳定性等方面的具有更好的表现。

技术研发人员：请求不公布姓名,苏航
受保护的技术使用者：安徽得壹能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15