[發明專利]一種微孔隔膜的制備方法及微孔隔膜

有效

• 申請號: 201310671834.0
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103633272A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 楊雪梅;王今剛;王永國;楊佳富;陳秀峰
• 申請（專利權）人: 深圳市星源材質科技有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 深圳市碩法知識產權代理事務所(普通合伙) 44321
• 代理人: 李姝

技術領域

本發明涉及鋰離子電池隔膜的加工領域，尤其是涉及一種制備結構均勻、具有特殊微孔結構且安全性能高的新型微孔隔膜的方法及微孔隔膜。

背景技術

鋰電池隔膜是鋰離子電池核心部件之一，其成本大約占整個鋰電池成本的20-30%。其性能的好壞對鋰電池的整體性能有著非常重要的影響，是制約鋰電池發展的關鍵技術之一。

隨著鋰電池應用領域的不斷擴大和鋰電產品在人們生活中的影響不斷深化，人們對鋰電池性能的要求也越來越高。為了滿足鋰電池的發展要求，隔膜作為鋰電池的重要部件不僅應具有良好的化學穩定性、較低的制造成本，提高鋰離子電池的安全性能也是目前鋰電發展的重要趨勢。

鋰離子電池隔膜從制備工藝的角度分為兩種：第一、干法隔膜制備工藝——熔融擠出拉伸法，該工藝又分為單向拉伸和雙向拉伸兩種，其中干法單向拉伸工藝可制備單層PP微孔膜，單層PE微孔膜，多層PP復合膜，PP/PE/PP三層復合膜，所制備的隔膜其微孔為狹縫型結構，因為在拉伸過程中，僅有高度的縱向拉伸，導致成品微孔膜在縱向強度較高，橫向強度小，在電池裝配、電池使用過程中容易受到機械力而撕裂，或者因為在負極材料側生成的鋰樹枝晶刺穿隔膜形成短路或者微短路，容易產生安全問題。雙向拉伸干法工藝目前主要制備的是單層PP微孔膜，該種微孔膜橫向強度高，但是因為在其制備過程中涉及β晶型向α晶型的轉變，微孔的結構不好控制。第二、濕法隔膜制備工藝——熱致相分離法，該工藝通過將高聚物溶解于高沸點的小分子溶劑，后續經過雙向拉伸、萃取，制備，力學性能較好微孔膜，但是其原料的主體樹脂一般為超高分子量聚乙烯等聚烯烴材料，聚烯烴材料尤其是聚乙烯材料本身的耐熱性較低，因此不利于電池的高溫安全性，因此現在很多人在研究后續的耐高溫涂覆工藝。除了上面這兩種工藝外，近年來，靜電紡絲工藝也有所發展，所制備微孔隔膜產品雖然耐高溫，但是因為制備工藝復雜，產量受到一定的限制，無法大批量生產，同時因為破膜溫度較高，是否適用于安全性能高、大倍率快速放電，還有待研究。

發明內容

為克服傳統干法與濕法制備的隔膜耐熱性差和力學強度低的缺點，本發明的目的在于提供一種能制備結構均勻、具有特殊微孔結構且安全性能高的微孔隔膜的方法及微孔隔膜。

本發明的目的是通過以下技術措施實現的，一種微孔隔膜的制備方法，包括以下步驟：

1）、將主體聚烯烴樹脂與輔助添加劑通過攪拌混料機攪拌均勻，攪拌速度為500-6000rpm，攪拌時間為10-40min，得到混合物Ⅰ；

2）、將所得混合物Ⅰ加入到擠出機中，在溫度為180-240℃的條件下熔融塑化均勻成熔體；

3）、將所得熔體從模頭擠出的鑄片，隨后進入流延工序，模頭溫度為185-235℃，流延溫度為50-110℃，制備出厚度在8微米-40微米的中間體膜；

4）、將中間體膜進行雙向微張力下退火處理，退火溫度為100-160℃，膜在退火設備中的速度為1-20m/min，縱向張力0.1-3.0N，橫向張力0.1-2.5N進行拉伸，縱向的拉伸比為1.0-2.0，橫向的拉伸比為1.0-2.0，退火時間5-60分鐘；

5）、將上述退火后的中間體膜進行縱向拉伸，拉伸溫度為100-150℃，拉伸速比為0.5-3.0，制備具有微孔結構的隔膜。

具體的，所述主體烯烴樹脂為聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亞胺、聚4-甲基戊烯-1、聚丙烯晴中的任意一種或者多種，主體樹脂所占比例按重量百分比為75-99.9%。

具體的，所述輔助添加劑為增塑劑、填充劑、阻燃劑、抗氧化劑、熱穩定劑中的任意一種或多種，輔助添加劑所占重量百分比為25-0.1%。

更具體的，所述增塑劑為鄰苯二甲酸酯類、脂肪族二元酸酯類、磷酸酯類、氯化石蠟中的一種或多種；所述填充劑為硅酸鹽、滑石、碳酸鹽中的一種或多種；所述阻燃劑為三氧化二銻、三水合氧化鋁、硼酸鋅、偏硼酸鋅、四溴丁烷、六溴聯苯、磷酸三（2,3-二氯丙基）酯中的一種或多種；所述抗氧化劑為酚類、胺類、含磷化合物、含硫化合物和有機金屬鹽中的一種或多種；所述熱穩定劑為：鹽基性鉛鹽、脂肪酸皂、有機錫、有機輔助穩定劑和復合穩定劑，具體為三鹽基碳酸鉛、二鹽基亞磷酸鉛，硬脂酸、月桂酸的鎘、鋇、鈣、鋅、鎂鹽、二巰基醋酸異辛酯中的一種或多種。

具體的，所述主體烯烴樹脂的重量百分比為80-95%，輔助添加劑的重量百分比為20-5%。