本发明专利技术公开了三种微孔结构电池隔膜及其制备方法以及所使用的成孔剂和萃取剂，该成孔剂包括有机成孔剂和无机成孔剂，所述有机成孔剂为高沸点小分子有机物，所述无机成孔剂为水溶性无机盐的纳米颗粒；该萃取剂包括第一萃取剂和第二萃取剂，所述第一萃取剂为二氯甲烷与磷酸酯组成的混合物，所述第二萃取剂为水。本发明专利技术提供的成孔剂可更好地控制形成微孔的大小、形状与分布，有利于提高电池隔膜的孔隙率和通气度，萃取剂萃取更完全，成孔剂残留少，上述成孔剂和萃取剂配合特定配比的高分子聚乙烯和超高分子聚乙烯为原料，并经特定装置和加工工艺后，可得到综合性能好的三种微孔结构电池隔膜。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池隔膜的制备工艺，具体涉及三种微孔结构电池隔膜及其制备方法以及所使用的成孔剂和萃取剂。
技术介绍
锂离子电池广泛应用于电子通讯、储能及动力电源等领域，主要由正极、负极、电解质和电池隔膜构成，其中，电池隔膜是不导电的，位于正极和负极之间，防止二者因接触而短路，同时允许电解质离子通过，从而产生电流，当前的电池隔膜多为具有微孔结构的聚乙烯组合物膜，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的电池隔膜对提高电池的综合性能具有重要作用。电池隔膜的性能主要用以下指标来表征：隔断性要求电池隔膜具有隔断性和电子绝缘性，保证正、负极的有效机械隔离；孔隙率要求隔膜具有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子迁移率，对锂离子有很好的透过性；化学稳定性和电稳定性要求隔膜具备耐湿性和耐电解液腐蚀性；浸润性要求隔膜对电解液的浸润性好，并具有较好的吸液保湿能力和离子通透性；力学强度要求隔膜在厚度尽可能小的同时要保证足够的力学性能和抗震性，包括穿刺强度和拉伸强度；安全性要求隔膜要具有热稳定性和自动关断保护性能，包括闭孔温度和破膜温度。电池隔膜的多项性能指标间是相互关联的，想要兼顾多项性能、得到各项指标均较好的电池隔膜目前仍具有较大难度。现有的聚乙烯组合物电池隔膜制备方法主要分为湿法和干法，其中湿法的制备过程包括：将高沸点小分子作为成孔剂添加到聚乙烯组合物中，加热熔融成均匀体系，然后降温发生相分离，经双向拉伸后用有机溶剂萃取出小分子，可制备出相互贯通的微孔隔膜。传统的电池隔膜湿法制备工艺存在一些缺陷，包括：采用单一的液态或油状的有机物为成孔剂，成孔剂的占位作用差，电池隔膜内微孔结构的形状和大小几乎完全由后续拉伸过程决定，可控性差，且制得的电池隔膜的孔隙率和透气度较低；采用单一的有机溶剂为萃取剂，如：二氯甲烷，萃取不完全，电池隔膜中仍有部分成孔剂残留，不仅造成电池隔膜的孔隙率和透气度低，还影响电池隔膜的性能。基于现有技术的上述状况，本专利技术人对电池隔膜的制备工艺进行研究，目的是提供综合性能良好的三种微孔结构电池隔膜以及所使用的成孔剂和萃取剂。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人对电池隔膜的制备方法进行了锐意研究，结果发现：通过采用特定的有机物和无机物作为成孔剂，可起到更好的占位作用，更好地控制形成微孔的大小、形状与分布，且有利于提高电池隔膜的孔隙率和透气度，另外，采用合适的萃取剂对上述两种成孔剂组分进行萃取，萃取效果更好，成孔剂残留更少，上述成孔剂和萃取剂配合特定配比的高分子聚乙烯和超高分子聚乙烯为原料，并经特定装置和加工工艺后，可得到具有较低闭孔温度、较高破膜温度及良好机械强度和耐热收缩性好的电池隔膜，从而完成本专利技术。因此，本专利技术的目的在于提供以下方面：(1)一种用于制备三种微孔结构电池隔膜的成孔剂，该成孔剂包括有机成孔剂和无机成孔剂，所述有机成孔剂为高沸点小分子有机物，所述无机成孔剂为水溶性无机盐的纳米颗粒。(2)一种用于制备三种微孔结构电池隔膜的萃取剂，该萃取剂包括第一萃取剂和第二萃取剂，其中，优选所述第一萃取剂为二氯甲烷与磷酸酯组成的混合物，优选所述磷酸酯为磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一种或几种，优选所述第二萃取剂为水。(3)三种微孔结构电池隔膜的制备方法，该方法包括：步骤1)，挤出：将聚乙烯或其组合物、如上述(1)所述的成孔剂和任选的添加剂熔融混合，挤出流延膜；步骤2)，铸片：步骤1)挤出的流延膜流经第一铸片辊3和第二铸片辊4之间的空隙，铸成厚片；步骤3)，纵向拉伸：步骤2)得到的厚片依次经预热辊、拉伸辊和冷却辊进行纵向拉伸，得到薄膜；步骤4)，第一次横向拉伸：步骤3)得到的薄膜两侧固定，依次经第一预热区、第一拉伸区和第一冷却区进行横向拉伸；步骤5)，萃取：步骤4)得到的薄膜经如上述(2)所述的萃取剂处理，然后干燥；步骤6)，第二次横向拉伸：步骤5)得到的薄膜两侧固定，依次经第二预热区、第二拉伸区和第二冷却区进行横向拉伸，得到三种微孔结构电池隔膜。(4)根据上述(3)所述方法制备的三种微孔结构电池隔膜，该隔膜包括第一外层9、第二外层10和夹在二者之间的内层11，所述第一外层9、第二外层10和内层11具有不同的微孔结构，优选所述第一外层9的平均孔径为20～100nm，第二外层10的平均孔径为30～140nm，内层11的孔径为50～180nm。(5)一种实施上述(3)所述制备方法所使用的装置，其包括挤出装置、冷却辊装置和干燥装置，其中，所述挤出装置包括机筒、并列设置在所述机筒一端的两个聚乙烯组合物进料口1和分别设置于所述机筒上距所述聚乙烯组合物进料口1为1/3和2/3机筒长度处的两个成孔剂进料口2，所述冷却辊装置包括间距为180～580μm的第一铸片辊3和第二铸片辊4，所述第一铸片辊3与第二铸片辊4的直径比为1：(1～6)，所述第一铸片辊3和第二铸片辊4相向转动，优选地，所述第一铸片辊3的辊筒线速度和所述第二铸片辊4的辊筒线速度数值相等，所述干燥装置包括多个成折线排布的传送辊6，在薄膜与传送辊6相接触的位置设置有用于干燥的气枪7，优选所述气枪7的喷气方向与所述传送辊6的表面相切或与薄膜的传送方向相平行。以下详述本专利技术。根据本专利技术的第一方面，提供一种用于制备三种微孔结构电池隔膜的成孔剂，该成孔剂包括有机成孔剂和无机成孔剂，所述有机成孔剂为高沸点小分子有机物，所述无机成孔剂为水溶性无机盐的纳米颗粒。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述有机成孔剂为矿物油、C6-15烷烃、C8-15脂族羧酸、C1-4烷酯、C2-6卤代烷烃中的一种或几种。其中，所述矿物油优选为白油；所述C6-15烷烃优选为庚烷、萘烷、癸烷、十一烷和十二烷中的一种或几种；所述C8-15脂族羧酸优选为癸酸、十一碳酸和十二碳酸中的一种或几种；所述C1-4烷酯优选为癸酸甲酯、癸酸乙酯、癸酸丙酯、癸酸正丁酯、十一碳酸甲酯、十一碳酸乙酯、十一碳酸丙酯、十一碳酸正丁酯、十二碳酸甲酯、十二碳酸乙酯、十二碳酸丙酯和十二碳酸正丁酯中的一种或几种；所述C2-6卤代烷烃优选为二氯乙烷、二氯丙烷、氟氯乙烷和氟氯丙烷中的一种或几种。所述有机成孔剂进一步优选为矿物油，更优选为白油。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述无机成孔剂为水溶性硫酸盐、水溶性硝酸盐和水溶性盐酸盐的纳米颗粒中的一种或几种。其中，所述水溶性硫酸盐优选为硫酸钠、硫酸钾和硫酸铵中的一种或几种；所述水溶性硝酸盐优选为硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸镁和硝酸铜中的一种或几种；所述水溶性盐酸盐优选为氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化镁、氯化钙和氯化铜中的一种或几种。所述无机成孔剂的粒径为5～200nm，优选为8～100nm，更优选为10～50nm。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述成孔剂更优选为包括白油和氯化镁纳米颗粒的组合物。在根据本专利技术的优选实施方式中，优选将所述成孔剂与聚乙烯或其组合物混合，用于制备三种微孔结构电池隔膜，其中，优选所述聚乙烯组合物由高分子聚乙烯和超高分子聚乙烯组成，所述有机成孔剂的加入量优选为聚乙烯组合物重量的30～60％，所述无机成孔剂的加入量优选为聚乙烯组合物重量的1～10％。相比于液态或油状的有机成孔剂，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制备三种微孔结构电池隔膜的成孔剂，其特征在于，该成孔剂包括有机成孔剂和无机成孔剂，所述有机成孔剂为高沸点小分子有机物，所述无机成孔剂为水溶性无机盐的纳米颗粒。
【技术特征摘要】
1.一种用于制备三种微孔结构电池隔膜的成孔剂，其特征在于，该成孔剂包括有机成孔剂和无机成孔剂，所述有机成孔剂为高沸点小分子有机物，所述无机成孔剂为水溶性无机盐的纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的成孔剂，其特征在于，所述有机成孔剂为矿物油、C6-15烷烃、C8-15脂族羧酸、C1-4烷酯、C2-6卤代烷烃中的一种或几种，其中，所述矿物油优选为白油，和/或所述C6-15烷烃优选为庚烷、萘烷、癸烷、十一烷和十二烷中的一种或几种，和/或所述C8-15脂族羧酸优选为癸酸、十一碳酸和十二碳酸中的一种或几种，和/或所述C1-4烷酯优选为癸酸甲酯、癸酸乙酯、癸酸丙酯、癸酸正丁酯、十一碳酸甲酯、十一碳酸乙酯、十一碳酸丙酯、十一碳酸正丁酯、十二碳酸甲酯、十二碳酸乙酯、十二碳酸丙酯和十二碳酸正丁酯中的一种或几种，和/或所述C2-6卤代烷烃优选为二氯乙烷、二氯丙烷、氟氯乙烷和氟氯丙烷中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的成孔剂，其特征在于，所述无机成孔剂为水溶性硫酸盐、水溶性硝酸盐和水溶性盐酸盐的纳米颗粒中的一种或几种，其中，所述水溶性硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾和硫酸铵中的一种或几种，和/或所述水溶性硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸镁和硝酸铜中的一种或几种，和/或所述水溶性盐酸盐为氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化镁、氯化钙和氯化铜中的一种或几种，和/或所述无机成孔剂的粒径为5～200nm，优选为8～100nm，更优选为10～50nm。4.根据权利要求1至3之一所述的成孔剂，其特征在于，所述成孔剂更优选为包括白油和氯化镁纳米颗粒的组合物。5.根据权利要求1至4之一所述的成孔剂，其特征在于，所述成孔剂与聚乙烯或其组合物混合，用于制备三种微孔结构电池隔膜，其中，优选所述聚乙烯组合物由高分子聚乙烯和超高分子聚乙烯组成，所述有机成孔剂的加入量优选为聚乙烯或其组合物重量的30～60％，所述无机成孔剂的加入量优选为聚乙烯或...
【专利技术属性】
技术研发人员：张汉鸿，
申请(专利权)人：辽源鸿图锂电隔膜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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