本發(fā)明專利技術(shù)涉及超高分子量聚乙烯/生物質(zhì)納米晶復(fù)合隔膜的制備方法。現(xiàn)有聚乙烯和聚丙烯隔膜很難滿足鋰電池輕量化的要求。該方法是制備纖維狀生物質(zhì)納米晶；將硬脂酸加入氯化亞砜中攪拌回流，氮?dú)庀聦⑷軇┏楦桑玫蕉嘶Ｂ然挠仓幔粚⒗w維狀生物質(zhì)納米晶超聲分散于二氯甲烷中，再加入到端基酰氯化的硬脂酸，攪拌回流1～3天，得到表面接枝硬脂酸的生物質(zhì)納米晶；接著混合在溶脹的超高分子量聚乙烯樹脂的溶液中，水浴定型得到凍膠膜；最后雙向拉伸，萃取干燥并熱定型，得到復(fù)合電池隔膜。本發(fā)明專利技術(shù)制備的電池隔膜，厚度為4～40μm，孔隙率為30～55﹪，縱橫向拉伸強(qiáng)度均大于200MPa，熔融破裂溫度從145℃提高到155℃。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于高分子材料
，涉及一種。
技術(shù)介紹
鋰離子電池因具有工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長、質(zhì)量輕、體積小和無污染等優(yōu)異的特性成為近年來新型電源技術(shù)研究的熱點(diǎn)并得到迅速發(fā)展，成為各類電子產(chǎn)品的主力電源，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、便攜式電腦、照相機(jī)、攝像機(jī)等電子產(chǎn)品領(lǐng)域，還可作為電動汽車和混合動力車所需的動力電源等。在鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有非常重要的作用。由于聚烯烴微孔膜具有較高孔隙率、較低的電阻、較高的抗撕裂強(qiáng)度、較好的抗酸堿能力、良好的彈性及對非質(zhì)子溶劑的保持性能，因此聚烯烴微孔膜成為最主要的鋰離子電池隔膜材料。鋰電池的發(fā)展趨勢是體積越來越小、質(zhì)量越來越輕，所以需要的鋰電池隔膜的厚度也越來越薄，但是又要求隔膜具有達(dá)到安全要求的強(qiáng)度，這就對隔膜的力學(xué)性能提出了更高的要求，通常的聚乙烯和聚丙烯隔膜已經(jīng)很難滿足鋰電池輕量化的要求。而超高分子量聚乙烯(UHMWPE)通過熱致相分離法制備的隔膜強(qiáng)度更高，孔徑及孔隙率可調(diào)控，制備過程易連續(xù)化，成為今后的一個重要的技術(shù)發(fā)展趨勢。隨著鋰離子電池應(yīng)用越來越廣泛，安全性也日益重要，其中如何防止電池內(nèi)部溫度升高達(dá)到鋰的熔點(diǎn)或電解液的引燃點(diǎn)而引起火災(zāi)事故的發(fā)生成為了隔膜發(fā)展的主要問題。由于鋰離子電池短路而形成的熱使得電池內(nèi)部溫度升高，當(dāng)電池隔膜溫度到達(dá)閉孔溫度時(shí)微孔閉塞阻斷電流通過，但熱慣性會使溫度進(jìn)一步上升，有可能達(dá)到熔融破裂溫度而造成隔膜破裂，因此，電池隔膜的閉孔溫度和熔融破裂溫度相差越大越好。UHMWPE隔膜破裂溫度與閉孔溫度之間的差值只有15°C (閉孔溫度1300C，隔膜熔融破裂溫度145°C )，所以提高UHMWPE隔膜的熔融破裂溫度是UHMWPE鋰離子電池隔膜更安全的 關(guān)鍵。如果在UHMWPE隔膜中加入一種電子絕緣、高熔點(diǎn)的納米纖維，通過納米纖維在隔膜中形成的網(wǎng)絡(luò)和納米纖維誘導(dǎo)表面伸直鏈晶體的形成，不僅能提高UHMWPE隔膜的熔融破裂溫度，也能提高UHMWPE隔膜的力學(xué)性能。生物質(zhì)納米晶是一種新型的聚多糖納米晶，在實(shí)際使用中有以下優(yōu)點(diǎn):(1)生物質(zhì)納米晶是一種有機(jī)納米纖維，電子絕緣，熔點(diǎn)大于250°C ；(2)原材料來源廣泛、價(jià)格低廉、可再生；(3)具有較低的密度，填充后不會過度增加材料比重；(4)具有剛性特征，顯示出高的強(qiáng)度和模量，如纖維素納米晶的模量可達(dá)145GPa ; (5)表面富含羥基，更容易實(shí)現(xiàn)表面改性，更容易實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境中的分散穩(wěn)定性。所以，通過在UHMWPE隔膜中加入生物質(zhì)納米晶，可以顯著提高UHMWPE隔膜的熔融破裂溫度，改善鋰離子電池的安全性
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種。本專利技術(shù)方法包括以下步驟: 步驟(I).制備纖維狀生物質(zhì)納米晶，所述的纖維狀生物質(zhì)納米晶為纖維素納米晶或甲殼素納米晶； 制備纖維素納米晶的方法是:將纖維素微晶加入質(zhì)量含量為40 60 %的硫酸溶液，其中纖維素微晶與硫酸溶液的質(zhì)量比為4 10:100，20 60°C下攪拌I 6h，加入去離子水進(jìn)行稀釋，得到纖維素納米晶濃度為10 15g/L的懸浮液；懸浮液離心，去除上清液，將沉淀加入去離子水進(jìn)行稀釋，得到纖維素微晶濃度為20 40g/L的酸性懸浮液；將得到的酸性懸浮液轉(zhuǎn)移到透析袋中，在去離子水中進(jìn)行透析，每隔2 6小時(shí)更換一次去離子水，直至透析袋中酸性懸浮液的pH值至5 7 ;透析后的酸性懸浮液冷凍干燥，得到纖維素納米晶; 制備甲殼素納米晶的方法是:將甲殼素加入濃度為40 100g/L的KOH水溶液，攪拌沸煮6 40小時(shí)，去除蛋白質(zhì)，過濾去除溶液，得到脫蛋白質(zhì)后的甲殼素，每升KOH水溶液加入20 40g甲殼素；在60 80°C下用漂白液漂白脫蛋白質(zhì)后的甲殼素2 8小時(shí)，過濾，得到甲殼素沉淀物；將甲殼素沉淀物用去離子水洗滌，在真空干燥箱中20 120°C下干燥12 24h，將洗凈干燥后的甲殼素加入濃度為2 8mol/L的HCl溶液中，攪拌沸煮I 4小時(shí)進(jìn)行酸解，得到酸溶液，每克洗凈干燥后的甲殼素加入20 50毫升HCl溶液；將得到的酸溶液轉(zhuǎn)移到透析袋中，在去離子水中進(jìn)行透析，每隔2 6小時(shí)更換一次去離子水，直至透析袋中酸溶液的pH值至5 7 ;透析后的酸溶液冷凍干燥，得到甲殼素納米晶； 所述的漂白液為亞氯酸鈉和乙酸鈉的水溶液，其中亞氯酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I 2 %，乙酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 3 % ; 步驟(2).將硬脂酸加入氯化亞砜溶劑中攪拌回流12 36h，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將氯化亞砜溶劑抽干，得到端基酰氯化的硬脂酸；每升氯化亞砜溶劑加入10 50g硬脂酸； 步驟(3).將步驟(I)中制得的纖維狀生物質(zhì)納米晶超聲分散于二氯甲烷溶劑中，再加入到端基酰氯化的硬脂酸中，攪拌回流I 3天，得到表面接枝硬脂酸的生物質(zhì)納米晶；每克纖維狀生物質(zhì)納米晶分散于10 50毫升二氯甲烷溶劑中，再加入到20 50克端基酰氯化的硬脂酸中； 步驟(4).將表面接枝硬脂酸的生物質(zhì)納米晶利用機(jī)械攪拌的方式混合在溶脹的超高分子量聚乙烯樹脂的溶液中，經(jīng)過計(jì)量泵和狹縫模頭擠出，在20 60°C水浴中定型5 30s得到凍膠膜；每千克超高分子量聚乙烯樹脂中加入0.1 50克的表面接枝硬脂酸的生物質(zhì)納米晶； 作為優(yōu)選，每千克超高分子量聚乙烯樹脂中加入1 30克表面接枝硬脂酸的生物質(zhì)納米晶; 步驟(5).將凍膠膜進(jìn)行雙向拉伸，拉伸后萃取干燥，然后在100 120°C下熱定型30 200s，得到超高分子量聚乙烯/生物質(zhì)納米晶復(fù)合電池隔膜； 所述的雙向拉伸為橫縱向拉伸，拉伸倍數(shù)為4 10倍，拉伸溫度100 115°C。通過本專利技術(shù)工藝制備的電池隔膜孔隙率為30 55 %，縱橫向拉伸強(qiáng)度均大于200MPa，穿刺強(qiáng)度大于550 g，熔融破裂溫度從145°C提高到155°C。本專利技術(shù)中生物質(zhì)納米晶制備工藝簡單可靠，適合工業(yè)化生產(chǎn)；在不改變主要原料的情況下，通過在隔膜用樹脂中加入少量的納米晶，制備的鋰離子電池隔膜其它性能不受影響的前提下，提升了隔膜的力學(xué)性能，顯著提高了 UHMWPE隔膜的熔融破裂溫度，改善了鋰離子電池的安全性。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的分析。纖維狀生物質(zhì)納米晶為纖維素納米晶或甲殼素納米晶，首先制備纖維狀生物質(zhì)納米晶的具體實(shí)施例是: 實(shí)施例1.將4g纖維素微晶加入IOOg質(zhì)量含量為40 %的硫酸溶液，20°C下攪拌6h，加入去離子水進(jìn)行稀釋，得到纖維素納米晶濃度為10g/L的懸浮液；懸浮液離心，去除上清液，將沉淀加入去離子水進(jìn)行稀釋，得到纖維素微晶濃度為20g/L的酸性懸浮液；將得到的酸性懸浮液轉(zhuǎn)移到透析袋中，在去離子水中進(jìn)行透析，每隔2小時(shí)更換一次去離子水，直至透析袋中酸性懸浮液的PH值至5 ;透析后的酸性懸浮液冷凍干燥，得到纖維素納米晶。實(shí)施例2.將7g纖維素微晶加入IOOg質(zhì)量含量為50 %的硫酸溶液，40°C下攪拌4h，加入去離子水進(jìn)行稀釋，得到纖維素納米晶濃度為12g/L的懸浮液；懸浮液離心，去除上清液，將沉淀加入去離子水進(jìn)行稀釋，得到纖維素微晶濃度為30g/L的酸性懸浮液；將得到的酸本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
超高分子量聚乙烯/生物質(zhì)納米晶復(fù)合隔膜的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟：步驟(1).制備纖維狀生物質(zhì)納米晶，所述的纖維狀生物質(zhì)納米晶為纖維素納米晶或甲殼素納米晶：制備纖維素納米晶的方法是：將纖維素微晶加入質(zhì)量含量為40～60﹪的硫酸溶液，其中纖維素微晶與硫酸溶液的質(zhì)量比為4～10：100，20～60℃下攪拌1～6h，加入去離子水進(jìn)行稀釋，得到纖維素納米晶濃度為10～15g/L的懸浮液；懸浮液離心，去除上清液，將沉淀加入去離子水進(jìn)行稀釋，得到纖維素微晶濃度為20～40g/L的酸性懸浮液；將得到的酸性懸浮液轉(zhuǎn)移到透析袋中，在去離子水中進(jìn)行透析，每隔2～6小時(shí)更換一次去離子水，直至透析袋中酸性懸浮液的pH值至5～7；透析后的酸性懸浮液冷凍干燥，得到纖維素納米晶；制備甲殼素納米晶的方法是：將甲殼素加入濃度為40～100g/L的KOH水溶液，攪拌沸煮6～40小時(shí)，去除蛋白質(zhì)，得到脫蛋白質(zhì)后的甲殼素懸浮液；每升KOH水溶液加入20～40g甲殼素；在60～80℃下用漂白液漂白脫蛋白質(zhì)后的甲殼素2～8小時(shí)，用去離子水沖洗干凈，將洗凈后的甲殼素加入濃度為2～8mol/L的HCl溶液中，攪拌沸煮1～4小時(shí)進(jìn)行酸解，得到酸溶液；每克洗凈后的甲殼素加入20～50毫升HCl溶液；將得到的酸溶液轉(zhuǎn)移到透析袋中，在去離子水中進(jìn)行透析，每隔2～6小時(shí)更換一次去離子水，直至透析袋中酸溶液的pH值至5～7；透析后的酸溶液冷凍干燥，得到甲殼素納米晶；步驟(2).將硬脂酸加入氯化亞砜溶劑中攪拌回流12～36h，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將氯化亞砜溶劑抽干，得到端基酰氯化的硬脂酸；每升氯化亞砜溶劑加入10～50g硬脂酸；步驟(3).將步驟(1)中制得的纖維狀生物質(zhì)納米晶超聲分散于二氯甲烷溶劑中，再加入到端基酰氯化的硬脂酸中，攪拌回流1～3天，得到表面接枝硬脂酸的生物質(zhì)納米晶；每克纖維狀生物質(zhì)納米晶分散于10～50毫升二氯甲烷溶劑中，再加入到20～50克端基酰氯化的硬脂酸中；步驟(4).將表面接枝硬脂酸的生物質(zhì)納米晶利用機(jī)械攪拌的方式混合在溶脹的超高分子量聚乙烯樹脂的溶液中，經(jīng)過計(jì)量泵和狹縫模頭擠出，在20～60℃水浴中5～30s定型得到凍膠膜；每千克超高分子量聚乙烯樹脂中加入0.1～50克的表面接枝硬脂酸的生物質(zhì)納米晶；?步驟(5).將水浴定型得到的凍膠膜進(jìn)行雙向拉伸，拉伸后立即萃取干燥，然后進(jìn)行熱定型，100～120℃下定型30～200s，得到超高分子量聚乙烯/生物質(zhì)納米晶復(fù)合電池隔膜。...
【技術(shù)特征摘要】
1.超高分子量聚乙烯/生物質(zhì)納米晶復(fù)合隔膜的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟(I).制備纖維狀生物質(zhì)納米晶，所述的纖維狀生物質(zhì)納米晶為纖維素納米晶或甲殼素納米晶: 制備纖維素納米晶的方法是:將纖維素微晶加入質(zhì)量含量為40 60 %的硫酸溶液，其中纖維素微晶與硫酸溶液的質(zhì)量比為4 10:100，20 60°C下攪拌I 6h，加入去離子水進(jìn)行稀釋，得到纖維素納米晶濃度為10 15g/L的懸浮液；懸浮液離心，去除上清液，將沉淀加入去離子水進(jìn)行稀釋，得到纖維素微晶濃度為20 40g/L的酸性懸浮液；將得到的酸性懸浮液轉(zhuǎn)移到透析袋中，在去離子水中進(jìn)行透析，每隔2 6小時(shí)更換一次去離子水，直至透析袋中酸性懸浮液的pH值至5 7 ;透析后的酸性懸浮液冷凍干燥，得到纖維素納米晶; 制備甲殼素納米晶的方法是:將甲殼素加入濃度為40 100g/L的KOH水溶液，攪拌沸煮6 40小時(shí)，去除蛋白質(zhì)，得到脫蛋白質(zhì)后的甲殼素懸浮液；每升KOH水溶液加入20 40g甲殼素；在60 80°C下用漂白液漂白脫蛋白質(zhì)后的甲殼素2 8小時(shí)，用去離子水沖洗干凈，將洗凈后的甲殼素加入濃度為2 8mol/L的HCl溶液中，攪拌沸煮I 4小時(shí)進(jìn)行酸解，得到酸溶液；每克洗凈后的甲殼素加入20 50毫升HCl溶液；將得到的酸溶液轉(zhuǎn)移到透析袋中，在去離子水中進(jìn)行透析，每隔2 6小時(shí)更換一次去離子水，直至透析袋中酸溶液的pH值至5 7 ;透析后的酸溶液冷凍干燥，得到甲殼素納米晶； 步驟(2).將硬脂酸加入氯化亞砜溶劑中攪拌回流12 36h，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邱倩，王兵杰，趙建敏，杜月娟，孫佳茜，丁交通，姚利平，顧群，陳繼朝，郅立鵬，
申請(專利權(quán))人：青島中科華聯(lián)新材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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