[發(fā)明專利]多層聚烯烴電池隔膜及其制備方法

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2010-12-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102544416A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝新春;王志春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶紐米新材料科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M2/18
• 分類號(hào): H01M2/18;B32B27/32;B29C55/28
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多層聚烯烴隔膜及其制備方法，尤其涉及一種應(yīng)用于鋰離子電池的隔膜的制備方法。

背景技術(shù)

隨著信息、材料和能源技術(shù)的進(jìn)步，鋰離子電池及其相關(guān)材料也得到迅速發(fā)展。鋰離子電池是20世紀(jì)90年代初誕生的新一代可充電電池，由于其工作電壓高、比能量大、比功率高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在筆記本電腦、移動(dòng)電話等便攜式電子設(shè)備及電動(dòng)工具上得到廣泛應(yīng)用。在鋰離子電池的結(jié)構(gòu)里，隔膜是其重要組成部分。隔膜性能的優(yōu)劣決定電池的界面結(jié)構(gòu)、電池的內(nèi)阻，進(jìn)而影響電池的容量、循環(huán)性能、充放電電流密度等關(guān)鍵特性。

由于聚烯烴材料優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和相對(duì)廉價(jià)的特點(diǎn)，因此聚乙烯，聚丙烯等聚烯烴微孔膜在鋰離子電池研究開(kāi)發(fā)初期便被用作鋰離子電池隔膜。時(shí)至今日，商品化的鋰離子電池隔膜幾乎全部采用聚烯烴微孔膜。

聚乙烯熔點(diǎn)在130℃附近，當(dāng)電池發(fā)生異常反應(yīng)導(dǎo)致溫度升高時(shí)，聚乙烯隔膜會(huì)融化閉孔而終止電池反應(yīng)，從而防止電池溫度異常升高，提高電池的安全性，專利JP-A-8-64194公布了在高密度聚乙烯中混合低熔點(diǎn)聚乙烯，進(jìn)一步的降低閉孔溫度，提高電池安全性的技術(shù)。聚乙烯隔膜的閉孔溫度低，但電池溫度升高時(shí)，聚乙烯隔膜可能會(huì)收縮或熔斷，導(dǎo)致電極可能相互接觸，從而引發(fā)內(nèi)部短路。相對(duì)于聚乙烯，聚丙烯有更高的熔點(diǎn)，聚丙烯隔膜具有更高的熔斷溫度和低的熱收縮率，但其閉孔溫度高。用聚乙烯和聚丙烯共混或聚乙烯隔膜和聚丙烯隔膜層疊就成了常用的隔膜生產(chǎn)技術(shù)。

在公知的技術(shù)中，現(xiàn)有的聚烯烴隔膜的制備方法主要有熔融拉伸法和熱致相分離法。熔融拉伸法生產(chǎn)的隔膜具有扁長(zhǎng)的微孔結(jié)構(gòu)，其孔徑和孔隙率較難控制，由于只進(jìn)行了單向拉伸，隔膜的橫向強(qiáng)度比較差。兩種方法都包括至少一個(gè)取向步驟，使隔膜產(chǎn)生孔隙并且/或者增大其抗拉強(qiáng)度。在這一過(guò)程中，隔膜的厚度均勻性和結(jié)構(gòu)均勻性較差，導(dǎo)致隔膜的生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量差。同時(shí)，不管是熔融拉伸法還是熱致相分離法，其生產(chǎn)設(shè)備都復(fù)雜，設(shè)備的投資較大，這很大程度限制了隔膜的發(fā)展和電池成本的降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新的多層電池隔膜的制備方法。該方法的特征在于生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工藝控制容易，制備的電池隔膜閉孔溫度低，熔斷溫度高，厚度均勻，隔膜的孔隙率、透過(guò)性、機(jī)械強(qiáng)度和耐熱收縮性能均優(yōu)異。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種多層聚烯烴電池隔膜的制備方法，其特征在于，依次包括如下步驟：

a)、將PE樹脂、無(wú)機(jī)粉末和成膜溶劑在雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉配制PE溶液，同時(shí)，將PP樹脂、無(wú)機(jī)粉末與成膜溶劑在雙螺桿擠出機(jī)中熔融混煉配制PP溶液；

b)、將熔融PE溶液和熔融PP溶液經(jīng)多層吹塑薄膜共擠出模頭擠出，并經(jīng)定徑芯棒定型，快速冷卻形成第一膜泡；

c)、將第一膜泡疊合牽引進(jìn)入預(yù)熱區(qū)預(yù)熱，預(yù)熱后拉伸吹脹形成第二膜泡；

d)、疊合牽引第二膜泡進(jìn)行熱定型處理，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的薄膜；

e)、用溶劑萃取薄膜中的成膜溶劑并干燥，形成微孔膜；

f)、預(yù)熱萃取后的微孔膜并進(jìn)行拉伸和二次熱定型處理，形成多層聚烯烴電池隔膜。

其中，成膜溶劑為液體石蠟、固體石蠟、大豆油、花生油、橄欖油、鄰苯二甲酸酯、鄰苯二甲酸二辛脂、鄰苯二甲酸二丁酯、甘油酯中的一種或多種的混合物。

所用的PE樹脂為超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯或線性低密度聚乙烯中的一種或幾種的混合物。

所用的PE樹脂為聚乙烯與其它聚烯烴的混合物。

所采用的PP樹脂為丙烯均聚物、乙烯-丙烯無(wú)規(guī)共聚物、三元共聚聚丙烯或乙烯-丙烯嵌段共聚物，優(yōu)選為均聚聚丙烯。

所用的無(wú)機(jī)粉末為二氧化硅、云母、滑石、氧化鈦、氧化鋁、硫酸鋇中的一種或幾種的混合物，平均粒徑為0.05～0.1μm。

制備過(guò)程中，第一膜泡的快速冷卻方式為風(fēng)冷、水冷中的一種或兩種并用，冷卻速率大于50℃/min，冷卻至35℃以下；第一膜泡的吹脹比為1.2～2.0，牽引比為1.2～2.0；第二膜泡的預(yù)熱溫度為85～125℃，第二膜泡的吹脹比為2～10，牽引比為2～10；拉伸后的薄膜熱定型處理溫度90～125℃，處理時(shí)間15～180s。

進(jìn)一步地，對(duì)萃取后的微孔膜進(jìn)行拉伸定型處理，拉伸溫度80～125℃，拉伸倍率1.2～2.0；定型溫度為80～125℃，處理時(shí)間15～180s。