一种耐热锂离子电池隔膜及其制备方法与流程

本发明涉及电池隔膜，具体为一种耐热锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、电池隔膜，作为锂离子电池的核心组件之一，其性能直接影响电池的安全性、稳定性和使用寿命。理想的电池隔膜应具备耐热、阻燃和高离子导电率等特性，以保证在极端温度条件下的物理和化学性质稳定性，防止电池过热导致的热失控现象，确保电池的安全可靠运行。

2、然而，现有的电池隔膜技术常常难以同时满足这些要求，有些隔膜在高温下易于熔化或收缩，导致电池内部短路，增加了热失控的风险。此外，某些隔膜材料的阻燃性能不足，无法有效延缓火势蔓延。而有些隔膜虽然具有良好的耐温性能，但在离子导电率方面却有所不足，影响了电池的充放电效率，进而降低了电池的功率密度和能量利用率。因此，研发一种既能耐受极端温度又具备良好阻燃特性，同时保持高离子导电率的新型电池隔膜材料，对于提升电池性能和安全性具有重要意义。本发明制备的耐热锂离子电池隔膜具有良好的离子导电率、耐热性和阻燃性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种耐热锂离子电池隔膜及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种耐热锂离子电池隔膜，所述耐热锂离子电池隔膜是将2-二乙氨基乙硫醇和1,3-丙烷磺内酯反应合成两性单体，将两性单体和四甲基四烯基环四硅氧烷反应生成两性环四硅氧烷，将八甲基环四硅氧烷、四甲基四烯基环四硅氧烷和两性环四硅氧烷反应生成功能化聚硅氧烷；将双(4-氯苯基)磷、2,6-二氯苄腈、六氟双酚a反应生成改性聚芳醚腈；将改性聚芳醚腈和功能聚硅氧烷进行交联并制成耐热锂离子电池隔膜。

4、一种耐热锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下制备步骤：

5、将四甲基四乙烯基环四硅氧烷、两性单体和四氢呋喃按照摩尔比1:1.1-1.3:20-30混合均匀，加入四甲基四乙烯基环四硅氧烷质量0.1-0.3倍的2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，在20-40khz超声20-30min，室温下紫外光照射，减压旋蒸除去四氢呋喃，得到两性环四硅氧烷；

6、将八甲基环四硅氧烷、两性环四硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷按质量比1:1.2-1.5:1.2-1.5混合均匀，在氮气保护下升温至80-90℃，搅拌30-40min，搅拌速度400-500r/min，继续升温至110-120℃，加入八甲基环四硅氧烷质量0.02-0.03%的25wt%四甲基氢氧化铵水溶液，再加入八甲基环四硅氧烷质量0.3-0.4%的三甲基氯硅烷继续搅拌3-4h，升温至150℃，反应3-4h，减压至2-2.5kpa，继续反应3-4h，得到功能化聚硅氧烷；

7、将双(4-氯苯基)磷、二氯苄腈、六氟双酚a和碳酸钾按照摩尔比1:1.2-1.3:2:1-1.2加入n-甲基吡咯烷酮甲苯混合液中，在130-140℃下反应2-3h，使用分水器放出甲苯和生成的水，继续升温至160-170℃，反应2-3h，过滤使用纯水洗涤3-4次，在90-100℃下真空干燥10-12h，真空度为0.08mpa得到改性聚芳醚腈；

8、称取按质量份数计，功能化聚硅氧烷1-2份、改性聚芳醚腈2-3份、碳酸铯0.03-0.05份、n,n-二甲基甲酰胺100-120份将功能化聚硅氧烷、改性聚芳醚腈、碳酸铯和n,n-二甲基甲酰胺搅拌1-2min，搅拌速度500-600r/min，浇筑在玻璃板上，使用四面涂膜器匀速的推出150μm厚的湿膜，在70-80℃下静置1-2h，再浸没于异丙醇中30-40min，再转移浸没至纯水中，浸没两次，每次浸没时间10-12h，得到耐热锂离子电池隔膜。

9、作为优化，步骤（1）所述紫外光照射时间为30-40min，紫外光功率为500w，灯源距离25cm。

10、作为优化，步骤（1）所述两性单体的制备方法为将2-二乙氨基乙硫醇、1,3-丙磺酸内酯和n-甲基吡咯烷酮按质量比1:0.6-0.7:10-15混合均匀，升温至120℃搅拌22-24h，搅拌速度200-300r/min，过滤并使用甲醇清洗5-6次，在50℃下真空干燥10-12h，真空度为0.08mpa，得到两性单体。

11、作为优化，步骤（3）所述n-甲基吡咯烷酮甲苯混合液由n-甲基吡咯烷酮和甲苯混合而成，其中，n-甲基吡咯烷酮和甲苯的体积比为3:1-1.2；双(4-氯苯基)磷和n-甲基吡咯烷酮甲苯混合液质量体积比为1:20-30。

12、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

13、本发明在制备耐热锂离子电池隔膜时，将2-二乙氨基乙硫醇和1,3-丙烷磺内酯反应合成两性单体，将两性单体和四甲基四烯基环四硅氧烷反应生成两性环四硅氧烷，将八甲基环四硅氧烷、四甲基四烯基环四硅氧烷和两性环四硅氧烷反应生成功能化聚硅氧烷；将双(4-氯苯基)磷、2,6-二氯苄腈、六氟双酚a反应生成改性聚芳醚腈；将改性聚芳醚腈和功能聚硅氧烷进行交联并制成耐热锂离子电池隔膜。

14、首先，将2-二乙氨基乙硫醇和1,3-丙烷磺内酯反应合成两性单体，将两性单体和四甲基四烯基环四硅氧烷反应生成两性环四硅氧烷，将八甲基环四硅氧烷、四甲基四烯基环四硅氧烷和两性环四硅氧烷反应生成功能化聚硅氧烷，2-二乙氨基乙硫醇和1,3-丙烷磺内酯反应得到含磺酸基团和氮正离子的两性单体，两性单体通过巯基-双键点击化学反应，得到两性环四硅氧烷，参与硅氧烷主链的聚合，硅氧烷主链包含的磺酸基阴离子和季铵阳离子结构有助于促进多硫化物的解离、限制多硫化物的扩散和加快锂离子的传输，从而提高电池隔膜的离子导电率，四甲基四烯基环四硅氧烷参与的开环聚合使硅氧烷主链上带有双键，便于后续的加成反应，而硅氧烷主链由于包含大量的硅氧键，使电池隔膜具有良好的耐热和阻燃性能；

15、其次，将双(4-氯苯基)磷、2,6-二氯苄腈、六氟双酚a反应生成含氟含磷聚芳醚腈；聚芳醚腈是一类侧链带有吸电子基团氰基的聚合物，其主链由芳环和醚键组成，主链上的刚性苯环结构赋予其优异的机械性能，尺寸稳定性和耐热性，此外，聚芳醚腈具有无滴落的自熄灭特性，极限氧指数较高，化学稳定性强，具备优良的电绝缘性，侧链的三氟甲基可以有效地降低聚芳醚腈本身的介电常数，提高了耐热性和阻燃性，由于主链中还包含了含磷氢结构的阻燃磷元素，进一步提高了电池隔膜的阻燃性。

16、最后，将含氟含磷聚芳醚腈和功能化聚硅氧烷进行交联并制成耐热锂离子电池隔膜，聚芳醚腈主链上磷氢结构和硅氧烷主链上的双键结构在催化剂的作用下可以发生膦氢化反应，从而形成交联的网状结构，增强电池隔膜的力学性能。

技术特征：

1.一种耐热锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的一种耐热锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述紫外光照射时间为30-40min，紫外光功率为500w，灯源距离25cm。

3.根据权利要求2所述的一种耐热锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述两性单体的制备方法为将2-二乙氨基乙硫醇、1,3-丙磺酸内酯和n-甲基吡咯烷酮按质量比1:0.6-0.7:10-15混合均匀，升温至120℃搅拌22-24h，搅拌速度200-300r/min，过滤并使用甲醇清洗5-6次，在50℃下真空干燥10-12h，真空度为0.08mpa，得到两性单体。

4.根据权利要求2所述的一种耐热锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述n-甲基吡咯烷酮甲苯混合液由n-甲基吡咯烷酮和甲苯混合而成，其中，n-甲基吡咯烷酮和甲苯的体积比为3:1-1.2；双(4-氯苯基)磷和n-甲基吡咯烷酮甲苯混合液质量体积比为1:20-30。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述耐热锂离子电池隔膜的制备方法制备得到的耐热锂离子电池隔膜。

技术总结
本发明公开了一种耐热锂离子电池隔膜及其制备方法，涉及电池隔膜技术领域。本发明在制备耐热锂离子电池隔膜时，将2‑二乙氨基乙硫醇和1,3‑丙烷磺内酯反应合成两性单体，将两性单体和四甲基四烯基环四硅氧烷反应生成两性环四硅氧烷，将八甲基环四硅氧烷、四甲基四烯基环四硅氧烷和两性环四硅氧烷反应生成功能化聚硅氧烷；将双(4‑氯苯基)磷、2,6‑二氯苄腈、六氟双酚A反应生成改性聚芳醚腈；将改性聚芳醚腈和功能聚硅氧烷进行交联并制成耐热锂离子电池隔膜。本发明制备的耐热锂离子电池隔膜具有高离子导电率、耐热性和阻燃性。

技术研发人员：吴佳祺,叶淼,李安升
受保护的技术使用者：湖南博盛新能源技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15