一种电池原料生产用压缩空气过滤器滤芯的制作方法

本技术涉及过滤材料领域，尤其是涉及一种电池原料生产用压缩空气过滤器滤芯。

背景技术：

1、在锂电池的精密制造过程中，压缩空气作为一种不可或缺的辅助资源，广泛应用于原料混合、涂布、干燥、组装等多个核心环节。压缩空气的纯净度直接影响到生产环境的洁净程度和电池成品的质量，进而关系到电池的性能表现、安全可靠性和使用寿命。

2、特别是在锂电池的生产环节中，铜、锌等活泼金属元素因其良好的导电性和成本效益，在电池的电极材料、集流体以及生产设备中扮演着重要角色。然而，这些金属材料的频繁使用，加之生产过程中设备磨损、物料搬运等因素，使得生产环境中悬浮了较多的铜、锌等活性金属微粒。若不采取有效控制措施，这些金属微粒极易通过空气传播或压缩空气的使用进入生产区域，进而渗透至电池原料、电解液乃至电池内部结构中。

3、金属异物的引入，尤其是铜和锌，对锂电池的性能和安全性带来了较多的负面影响。一方面，铜、锌等金属元素能够与电解液中的锂盐发生化学反应，生成不溶性化合物，不仅消耗了宝贵的锂资源，还可能导致电解液性能劣化，增加电池内阻，降低电池的能量密度和循环寿命。另一方面，金属微粒的存在可能引发电池内部微短路，增加自放电率，严重时甚至触发热失控，威胁电池系统的安全稳定运行。

技术实现思路

1、为降低压缩空气中金属微粒对锂电池生产造成的负面影响，本技术提供了一种电池原料生产用压缩空气过滤器滤芯。

2、本技术提供的一种电池原料生产用压缩空气过滤器滤芯，包括pvdf骨架和过滤介质，所述过滤介质包括ptfe滤膜和高分子纤维织物层，所述ptfe滤膜的孔径为1nm～100nm。

3、优选的，所述高分子纤维织物层为针刺无纺布，其纤维原料选自聚酯纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯纤维中的一种或几种。

4、优选的，所述纤维采用平均长度为0.2～1微米的超细纤维。

5、优选的，所述ptfe滤膜的厚度为3～10微米。

6、优选的，所述高分子纤维织物层的克重为30～80g/m2。

7、优选的，所述ptfe滤膜与高分子纤维织物层通过热压覆膜工艺进行复合。

8、本技术中，pvdf骨架作为支撑结构，具有良好的机械强度与耐温性能。能够承受压缩空气的压力与高温。ptfe滤膜起到主要的过滤作用，其微小的孔隙结构能够有效滤除空气中的金属微粒。而高分子纤维织物层的设置用以起到缓冲保护作用，减少ptfe滤膜所受的冲击，特别是金属微粒的冲击，降低破裂概率。

9、优选的，所述ptfe滤膜的原料包括：ptfe分散树脂100份、助挤剂20～30份、改性填料5～15份、含烯烃单体-马来酸酐共聚物10～20份，所述改性填料表面接枝有羟基。

10、在ptfe滤膜的原料中掺入含烯烃单体-马来酸酐共聚物，可在滤膜中引入羧基，通过与改性填料表面羟基反应交联提高滤膜的机械强度，增强其抗冲击强度，以降低滤膜在高压气体或金属微粒冲击下发生破裂的概率。

11、优选的，所述助挤剂选自工业白油、润滑油、环烷油或航空煤油。

12、优选的，所述含烯烃单体选自苯异丁烯、丁二烯、乙烯、丙烯和乙烯中的至少一种。

13、优选的，所述ptfe滤膜的制备方法如下：

14、取ptfe分散树脂、助挤剂、改性填料与含烯烃单体-马来酸酐共聚物混合均匀，糊化，得到糊化混料；

15、取糊化混料在压坯机上压制成圆柱形坯料，通过推压机挤出，并通过压延机将毛坯压制成带状基料；

16、将带状基料先后进行纵向拉伸和横向拉伸。然后将拉伸后的滤膜置于高温烧结炉中，进行热定型，制得ptfe微孔膜；

17、将ptfe微孔膜在-80～-100℃的温度下冷冻处理30分钟，取出置于室温环境下静置，升温至室温，得冷冻滤膜；

18、将冷冻滤膜再次压延，压辊压力为1～2mpa，得到ptfe滤膜。

19、优选的，所述横向拉伸倍率为4～6，所述纵向拉伸倍率为2～4。

20、优选的，所述改性填料的原料包括质量比为1:6～10：2～3的填料、ptfe乳液、含羟基共聚单体，所述ptfe乳液中ptfe微粉的含量为5～10%。优选的，所述含羟基共聚单体选自n-羟甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或几种。

21、优选的，所述填料选自碳酸钙、二氧化硅、硅微粉、氧化铝中的一种或几种。

22、优选的，所述填料的d50粒径为1～10微米，更优选为3～5微米。

23、优选的，所述改性填料的原料还包括甲基丙烯酸烷基酯，所述填料与甲基丙烯酸烷基酯的质量比为1：0.4～0.6。

24、优选的，所述甲基丙烯酸烷基酯选自甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸癸酯、甲基丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十四酯或甲基丙烯酸十八酯中的一种或几种。

25、优选的，所述改性填料的制备方法如下：

26、将ptfe微粉加入乳化剂溶液中，搅拌均匀，制得ptfe乳液；然后加入填料，搅拌分散，加入含羟基共聚单体、甲基丙烯酸烷基酯，搅拌均匀后加入引发剂，升温进行共聚反应，反应完成后冷却降温，进行分离过滤、洗涤、干燥，得到改性填料；

27、优选的，所述共聚反应的温度为63～78℃。

28、优选的，所述引发剂的用量为反应单体质量的1.5～2.5%。

29、优选的，所述引发剂为过氧化物引发剂，更优选为过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化苯甲酰。

30、本技术的改性填料与ptfe相容性良好，易于分散，且能够提高所得ptfe滤膜的机械强度。具体而言，填料预先与ptfe乳液混合均匀，形成复合颗粒；再通过自由基共聚反应使单体在复合颗粒表面原位聚合，得到表面接枝有含羟基共聚产物的改性填料。该改性填料因具有ptfe和填料的复合结构，因此与ptfe分散树脂具有良好的相容性，在该树脂中分散良好，有利于提高所得滤膜的机械强度。而其表面丰富的羟基，可与ptfe树脂树脂中引入的马来酸酐基团反应交联，有利于提高所得滤膜的强度性能、抗冲击性能。

31、另外，采用甲基丙烯酸烷基酯可在改性填料表面的共聚产物中引入烷基，可适度降低羟基分布密度，防止局部交联密度过大，导致滤膜刚性过高而抗冲击能力下降。需要说明的是，前述降低羟基密度并非减少羟基含量。

32、综上所述，本技术具有如下有益效果：

33、1、本技术通过ptfe膜与高分子纤维织物层的配合，可实现对压缩空气中金属微粒的有效滤除。降低在锂电池生产过程中引入金属异物的概率。进一步的，本技术通过在ptfe膜中掺入含烯烃单体-马来酸酐共聚物和表面接枝羟基的改性填料，能够通过交联反应提高所得ptfe滤膜的机械强度。

34、2、本技术通过将ptfe乳液与填料预混合，再进行原位聚合，能够显著改善改性填料与ptfe树脂的相容性，促进其均匀分散。从而使填料能够起到良好的增强增韧作用，提高ptfe滤膜的机械强度与抗冲击性能。

35、3、本技术通过在改性填料表面引入烷基基团，能够防止因局部交联密度过高导致的滤膜刚性过大，导致膜层发脆破裂的可能，保障了其过滤效果。