[發(fā)明專利]一種雙向拉伸脂肪族聚酮微孔膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910708477.8
• 申請(qǐng)日: 2019-08-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110600655B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳加強(qiáng);徐睿杰;雷彩虹;謝嘉宜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M50/403
• 分類(lèi)號(hào): H01M50/403;H01M50/414;H01M50/491;H01M10/0525
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 張燕玲

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種雙向拉伸脂肪族聚酮微孔膜及其制備方法和應(yīng)用。該方法包括以下步驟：通過(guò)脂肪族聚酮與成核劑共混，熔融擠出成高β晶含量的流延預(yù)制膜，將流延預(yù)制膜依次經(jīng)過(guò)熱處理、雙向拉伸、熱定型后得到雙向拉伸的脂肪族聚酮微孔膜。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中微孔隔離膜具有閉孔溫度較低，高溫?zé)岢叽绶€(wěn)定性不佳，在電池運(yùn)行有安全隱患的技術(shù)缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙向拉伸脂肪族聚酮微孔膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

聚烯烴微孔膜作為隔離膜廣泛應(yīng)用于鋰離子電池，隔離膜是鋰離子電池的核心部件，大約占整個(gè)鋰電池成本的10-15％。其性能的好壞對(duì)鋰電池的整體性能起著至關(guān)重要的作用，也是制約鋰電池發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，人們對(duì)鋰電池性能的要求也越來(lái)越高。為了滿足鋰電池的發(fā)展要求，隔離膜應(yīng)具有較高的力學(xué)強(qiáng)度、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、較好的微孔分布及較低的制造成本等。

目前，鋰離子電池隔離膜主要是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等結(jié)晶型聚烯烴材料，這兩種聚烯烴隔膜的主要缺點(diǎn)是熔點(diǎn)較低，高溫下微孔膜尺寸穩(wěn)定性不能保持，隔膜在高溫下不能保持形狀，當(dāng)電池的正極和負(fù)極直接接觸，電池發(fā)生短路，會(huì)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，因此現(xiàn)有的聚丙烯和聚乙烯隔離膜的安全性仍存在不足。

目前常用的干法隔膜制造方法可以分為干法單向拉伸和雙向拉伸兩種方法。干法單向拉伸的制造工藝是將聚合物熔體在拉伸的高應(yīng)力場(chǎng)下結(jié)晶，形成具有垂直擠出方向又平行排列的片晶結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)熱處理工藝制得高度取向的硬彈性膜，再經(jīng)過(guò)冷拉伸、熱拉伸和熱定型得到微孔膜。干法隔膜制造的第二種方法是雙向拉伸方法，主要依靠聚丙烯在拉伸過(guò)程中出現(xiàn)β晶向α晶的轉(zhuǎn)變?cè)炜祝p向拉伸法得到的隔膜在TD方向具有較高的拉伸強(qiáng)度，抗穿刺性能遠(yuǎn)超干法單向拉伸隔膜，使隔膜的安全性提高，但由于聚丙烯不易得到高β晶含量的預(yù)制膜膜，經(jīng)拉伸后形成的微孔分布均勻性較差，同時(shí)微孔的貫穿性不足，隔膜的性能穩(wěn)定性低于干法拉伸隔膜。

與聚丙烯類(lèi)似，脂肪族聚酮也可以形成α晶和β晶，經(jīng)過(guò)單向拉伸或雙向拉伸，β晶可以大幅轉(zhuǎn)化為α晶，由于β晶密度為1.297g/cm³，遠(yuǎn)小于α晶密度(1.383g/cm³)，經(jīng)過(guò)拉伸依然可以實(shí)現(xiàn)由晶體密度差而形成的微孔結(jié)構(gòu)，制造形成微孔膜。還需要指出的是脂肪族聚酮在加入某些β成核劑，可以得到β晶含量高于90％的預(yù)制膜。在此條件下，經(jīng)過(guò)拉伸的脂肪族聚酮微孔膜具有微孔結(jié)構(gòu)均勻，分布規(guī)整，孔隙率高的結(jié)構(gòu)特征。相較于聚丙烯聚烯烴材料，脂肪族聚酮熔點(diǎn)在220℃，比聚丙烯的熔點(diǎn)高60℃，所得到的微孔膜具有更優(yōu)異的耐熱性，更高的閉孔溫度，從應(yīng)用的角度能大幅提高電池運(yùn)行的安全性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中主要商品化隔膜在耐熱性不足方面存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種雙向拉伸脂肪族聚酮微孔膜的制備方法；該方法步驟簡(jiǎn)單、無(wú)污染的制備出閉孔溫度高，高孔隙率、高熱尺寸穩(wěn)定性的雙向拉伸微孔隔膜。

本發(fā)明的又一目的在于提供一種上述制備方法制備得到的雙向拉伸脂肪族聚酮微孔膜。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種上述雙向拉伸脂肪族聚酮微孔膜的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種雙向拉伸脂肪族聚酮微孔膜的制備方法，包括以下步驟：將脂肪族聚酮與成核劑進(jìn)行物理共混，得到母料；將母料采用單螺桿擠出機(jī)制備流延預(yù)制膜，擠出機(jī)的溫度設(shè)置如下：加料段的溫度在200～210℃之間，塑化段的溫度在210℃～240℃之間，出料的口模溫度在210～230℃之間，牽引輥溫在110～150℃之間；對(duì)擠出的流延預(yù)制膜進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為130～150℃，熱處理時(shí)間為30分鐘；然后對(duì)熱處理過(guò)的預(yù)制膜進(jìn)行雙向拉伸，拉伸溫度為180℃-205℃，拉伸倍率為4-8倍，拉伸速度為10～150mm/min；最后進(jìn)行熱定型，熱定型的溫度為180～210℃，熱定型的時(shí)間為15min，得到雙向拉伸脂肪族聚酮微孔膜。