[發明專利]高孔隙率的高密度聚乙烯鋰離子電池隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201910071267.2
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109786625B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 楊鳴波;陳文博;劉正英;吳高高;張婭;丁超
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/18;H01M2/16;B29C48/08;B29C48/92;B29K23/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 劉文娟

本發明屬于隔膜領域，涉及一種鋰離子電池隔膜及其制備方法。本發明提供一種高密度聚乙烯鋰離子電池隔膜的制備方法，包括擠出流延和拉伸，所述拉伸工藝采用單軸逐步拉伸的方法，將取向流延基膜室溫條件下以100mm/min～300mm/min的拉伸速率沿流延方向拉伸10％～60％的應變量，于120℃～130℃下熱定型；隨后冷卻至室溫繼續沿著流延方向以與第一次相同的拉伸速率拉伸相同的應變量；后于80℃～100℃沿流延方向以30mm/min～50mm/min的拉伸速度拉伸30％～150％的應變量，在120℃～130℃進行熱固定；最后冷卻得鋰離子電池隔膜。所得隔膜孔隙率高，孔徑大小均一，微孔分布均勻。

技術領域

本發明屬于鋰電池隔膜加工領域，具體涉及一種單軸拉伸制備鋰離子電池隔膜及其制備方法。

背景技術

目前，全球面臨著能源短缺與環境惡化的問題，為了滿足能源的需求和減少對化石能源的依賴，世面上已經出現了很多可持續的、環境友好的能量存儲技術，如機械類儲能、電氣類儲能、電化學類儲能、熱儲能和化學類儲能。其中，電池是一種電化學類儲能，它的發展對資源的可持續與可再生有著重要的影響作用。與其他二次電池相比，鋰電池具有以下優勢：比能量高，鋰離子電池的比能量密度高達160Wh/kg；工作電壓高，可以達到3.6V左右；電池阻抗低，每個電池的阻抗最低可達25mΩ；循環壽命長：電池經過活化后，庫倫效率接近100％，通常循環壽命大于1000次；快速充電時間短：鋰離子電池的快速充電時間少于1h，可以有效節約時間，提高效率；無環境污染：電池高度封閉，且電池材料中不含有毒重金屬元素，是一種綠色電池；自放電損失少：鋰離子電池的每月自放電損失低于10％；無記憶效應：鋰離子電池可以長期徹底充放電，不會影響電池內部結構，降低電池容量。

一個標準的鋰離子電池主要包含正極、負極、隔膜、電解液及電池外殼這五部分，其中電池隔膜主要有3個作用：(1)隔絕正負極，防止物理接觸(2)提供鋰離子自由傳輸的通道(3)隔離電子流。此外，對于隔膜的安全性，隔膜應該能夠在過熱時關閉電池，避免短路而引發熱失控。關閉功能可以通過設計多層隔膜來獲得，其中至少一層膜能夠在熱失控溫度以下閉孔，其他層則提供足夠的機械強度以防止電極的物理接觸電池隔膜。目前商業化制備鋰離子電池隔膜的方法主要有干法和濕法，其中濕法主要采用熱致相分離法制備，其產品的孔隙率高，孔徑分布均勻，可成型超高分子量聚乙烯，多用于高端鋰離子電池隔膜領域，但由于在萃取階段需使用大量有機溶劑，會對環境造成危害；干法主要采用硬彈性體分離的原理，有單軸拉伸和雙軸拉伸兩種，干法制備隔膜不需要使用溶劑，對環境沒有污染，但是這種方法僅適用于能夠結晶的聚合物。干法單軸拉伸的產品中存在大量微孔孔徑大小不一，分布不均，微孔數量較少等問題，會造成局部電阻過大或過小，不穩定的電流分布導致負極產生鋰枝晶，使電池性能受到了極大地影響。

發明內容

針對上述缺陷，本發明提供一種高密度聚乙烯鋰離子電池隔膜的制備方法，與普通干法單軸拉伸得到的隔膜相比，本發明方法最終獲得的HDPE電池隔膜具有孔隙率高，孔徑大小均一，微孔分布均勻等特點。

本發明的技術方案如下：

本發明提供一種高密度聚乙烯鋰離子電池隔膜的制備方法，包括擠出流延和拉伸，其中，所述拉伸工藝采用單軸逐步拉伸的方法，具體為：先將通過擠出流延制得的取向流延基膜在室溫條件下，以100mm/min～300mm/min的拉伸速率沿著流延方向拉伸10％～60％的應變量得到初始微孔，再于120℃～130℃下通過熱定型固定初始微孔；隨后冷卻至室溫，再繼續沿著流延方向以與第一次相同的拉伸速率拉伸相同的應變量；然后于80℃～100℃沿著流延方向以30mm/min～50mm/min的拉伸速度拉伸30％～150％的應變量，隨后在120℃～130℃進行熱固定；最后冷卻得高密度聚乙烯鋰離子電池隔膜。

進一步，所述取向流延基膜指高密度聚乙烯樹脂通過擠出流延工藝制得的高度取向的流延基膜，其中，高度取向指取向度不低于0.3。

進一步，在120℃～130℃下熱定型5min～20min固定初始微孔。