一种聚烯烃锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚烯烃锂离子电池隔膜，它由下述原料制备而成：聚烯烃树脂、成核剂、抗氧剂和偶联剂，该隔膜通过干法双拉工艺不仅工艺流程简单，无污染，而且具有热稳定性好，孔径适中、均匀性较好、孔隙率高、机械强度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种聚烯烃锂离子电池隔膜及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池生产
，特别涉及一种聚烯烃锂离子电池隔膜及其制备方法。
技术介绍
近年来，为应对汽车工业迅猛发展带来的诸如环境污染、石油资源急剧消耗等负面影响，各国都在积极开展采用清洁能源的电动汽车。其中，锂离子电池是电动汽车主要的动力来源。另外，锂离子电池在3C、储能、动力等领域的应用也很广泛。隔膜是锂离子电池的核心关键材料之一，其作用是将正极与负极材料隔开、容许离子通过、阻止电子通过。隔膜的性能决定了电极的界面结构、电池的内阻和注液量等，进而影响电池的倍率、循环及安全性能等特性。聚烯烃锂离子电池隔膜的常见生产方法有湿法和干法，而干法又分干法单拉和双拉。近两年伴随着动力电池市场的兴起，湿法隔膜及其涂覆隔膜在国内愈发火热，甚至有很多业内人士认为其将主导未来动力电池隔膜市场，其实湿法隔膜有一些弱点，长时间使用后容易引发动力电池安全隐患。比如：湿法隔膜的热关闭温度及破膜温度较低，热收缩较大等将导致所生产的锂离子电池安全性能降低；湿法隔膜的孔径普遍较小，难以保障其高透气性；湿法隔膜成本较高，所使用的萃取剂易污染环境。干法单拉制作的隔膜两个方向上的力学性能差别较大，厚度的均匀性和一致性没有干法双拉好。干法双拉生产的隔膜热稳定性较好、工艺简单且无污染。而干法单拉和双拉的共同缺陷就是孔隙率调整范围较小、孔径不均匀等，但只要解决了此缺陷，尽量缩小其与湿法隔膜这方面的差距，干法双拉的应用前景还是很好的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述技术难题，提供一种聚烯烃锂离子电池隔膜，对干法双拉锂离子电池隔膜孔径的均匀性有较大的改善。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于上述聚烯烃锂离子电池隔膜的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种聚烯烃锂离子电池隔膜，由下述原料制备而成：聚烯烃树脂、成核剂、抗氧剂和偶联剂。所述原料的质量配比为：成核剂:聚烯烃树脂＝0.001～10:100、抗氧剂:聚烯烃树脂＝0.001～5:100、偶联剂:聚烯烃树脂＝0.0001～0.003:100。所述聚烯烃树脂采用不同分子量的聚丙烯或几种聚丙烯的混合物。所述聚丙烯的分子量Mw为28～32万，分子量分布系数为7.5～8.5。所述成核剂采用芳香胺类化合物、第IIA族金属元素盐类与二元羧酸的双组分复合物或合成物、稀土类化合物或聚合物型成核剂。所述芳香胺类化合物为2,6-苯二甲酸环己酰胺或N,N’-二环己基-2,6-萘二酰胺。所述稀土类化合物为硬脂酸镧与硬脂酸复合物，硬脂酸镧与硬脂酸的质量配比为6:4。所述抗氧剂采用四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯或β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯。所述偶联剂采用钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或超分散剂。一种用于上述聚烯烃锂离子电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：a.原料的混配：按所述配比分别取聚烯烃树脂、成核剂、抗氧剂、偶联剂并混合均匀后通过挤出机进行塑化，制得混合料备用，其中，挤出塑化温度为180～280℃；b.铸片：将所述混合料经挤出机进行塑化后送至冷辊铸片机铸成厚片备用，其中冷辊温度为30～150℃，膜片在冷辊停留时间控制在1～10分钟，厚片的厚度控制在50μm～200μm；c.纵向拉伸：将所述厚片在30～130℃预热0.1～5分钟经过纵向拉伸，然后在80～150℃热定型0.1～10分钟，其中拉伸倍数为1.5～8.0；d.横向拉伸：将步骤c得到的膜片在30～140℃下经过横向拉伸，然后在80～153℃下热定型0.1～10分钟，即得到锂离子电池隔膜产品，其中拉伸倍率为1.5～5。本专利技术中的聚烯烃锂离子电池隔膜是通过在聚丙烯树脂原材料中添加成核剂、抗氧剂、偶联剂制得。选用聚丙烯树脂，制得的锂离子电池隔膜具有较高的耐电解液腐蚀性，较高的安全性；添加成核剂，便于在聚丙烯树脂结晶时得到更多的β晶型；添加抗氧剂，可以防止在生产过程中发生热降解和氧化降解，使得锂离子电池隔膜在使用过程中有很好的化学稳定性和更高的安全性；添加偶联剂，使得成核剂和聚丙烯树脂结合的更加紧密，最终制得的锂离子电池隔膜孔隙分布更加均匀，厚度分布更加均匀。通过聚烯烃树脂、成核剂、抗氧剂和偶联剂的综合作用，并进行双向拉伸，既保留了现有干法双拉工艺的隔膜热稳定性较好、工艺简单且无污染等优点，同时克服了干法双拉工艺隔膜孔隙率调整范围较小、孔径不均匀等等缺陷，使得锂离子电池隔膜的机械性能和安全性大大提高。本专利技术中生产聚烯烃锂离子电池隔膜采用的是双向拉伸，相对于单向拉伸来说，本专利技术在横向也进行了拉伸，使所制得的隔膜横向也具有更好的机械性能，安全性能更高了。本专利技术的聚烯烃锂离子电池隔膜通过聚烯烃树脂、成核剂、抗氧剂和偶联剂协同作用，并结合本专利技术的制备方法，与现有技术相比，其有益效果是：1）工艺流程简单，无污染；2）厚度均匀性和一致性较好，隔膜的厚度极差可达±1.0μm；3）隔膜热稳定性好，隔膜的热收缩率纵向热收缩可达0.3、纵向热收缩可达0.1；4）隔膜孔径适中，孔径均匀性较好，孔隙率最高可达65%、孔径最小可达0.05～0.08μm；5）隔膜具有较高的机械强度，纵向拉伸强度可达166Mpa、横向拉伸强度可达40Mpa。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：图1是本专利技术所制得锂离子电池隔膜比较经典的孔径分布图；图2是实施例一所制得锂离子电池隔膜SEM电镜图片；图3是实施例二所制得锂离子电池隔膜SEM电镜图片；图4是实施例三所制得锂离子电池隔膜SEM电镜图片；图5是实施例四所制得锂离子电池隔膜SEM电镜图片；图6是实施例五所制得锂离子电池隔膜SEM电镜图片；图7是实施例六所制得锂离子电池隔膜SEM电镜图片。具体实施方式本专利技术的聚烯烃锂离子电池隔膜，由聚烯烃树脂、成核剂、抗氧剂和偶联剂四种原料制备而成，各组分原料的质量配比可以取：成核剂:聚烯烃树脂＝0.001～10:100、抗氧剂:聚烯烃树脂＝0.001～5:100、偶联剂:聚烯烃树脂＝0.0001～0.003:100。所述聚烯烃树脂可采用不同分子量的聚丙烯或几种聚丙烯的混合物或聚乙烯，所述聚丙烯的分子量Mw在10万～100万之间，分子量分布系数在2.0～10.0之间，本专利技术中聚丙烯的分子量Mw取值范围在28～32万之间比较适宜，最佳分子量分布系数为7.5～8.5。所述成核剂可采用芳香胺类化合物、第IIA族金属元素盐类与二元羧酸的双组分复合物或合成物、稀土类化合物或聚合物型成核剂。其中：芳香胺类化合物可采用2,6-苯二甲酸环己酰胺或N,N’-二环己基-2,6-萘二酰胺；第IIA族金属元素盐类与二元羧酸的双组分复合物可采用庚二酸与硬脂酸钙复合物或庚二酸与氢氧化钙复合物，复合物中庚二酸与硬脂酸钙或庚二酸与氢氧化钙的质量配比可为1:1。第IIA族金属元素盐类与二元羧酸的合成物可采用庚二酸钙、邻苯二甲酸钙、丙二酸钙或辛二酸钙等。所述稀土类化合物可采用硬脂酸镧与硬脂酸复合物，硬脂酸镧与硬脂酸的质量配比为6:4。所述抗氧剂可采用四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯或β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯。所述偶联剂可采用钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂或超分散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚烯烃锂离子电池隔膜，其特征在于：它由下述原料制备而成：聚烯烃树脂、成核剂、抗氧剂和偶联剂。

【技术特征摘要】
1.一种聚烯烃锂离子电池隔膜，其特征在于：它由下述原料制备而成：聚烯烃树脂、成核剂、抗氧剂和偶联剂。2.如权利要求1所述的聚烯烃锂离子电池隔膜，其特征在于：所述原料的质量配比为：成核剂:聚烯烃树脂＝0.001～10:100、抗氧剂:聚烯烃树脂＝0.001～5:100、偶联剂:聚烯烃树脂＝0.0001～0.003:100。3.如权利要求1所述的聚烯烃锂离子电池隔膜，其特征在于：所述聚烯烃树脂采用不同分子量的聚丙烯或几种聚丙烯的混合物。4.如权利要求3所述的聚烯烃锂离子电池隔膜，其特征在于：所述聚丙烯的分子量Mw为28～32万，分子量分布系数为7.5～8.5。5.如权利要求1所述的聚烯烃锂离子电池隔膜，其特征在于：所述成核剂采用芳香胺类化合物、第IIA族金属元素盐类与二元羧酸的双组分复合物或合成物、稀土类化合物或聚合物型成核剂。6.如权利要求5所述的聚烯烃锂离子电池隔膜，其特征在于：所述芳香胺类化合物为2,6-苯二甲酸环己酰胺或N,N’-二环己基-2,6-萘二酰胺。7.如权利要求5所述的聚烯烃锂离子电池隔膜，其特征在于：所述稀土类化合物为硬脂酸镧与硬脂酸复合物，硬脂酸镧与硬脂酸的质量配比为6:4。8.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹长城，曹成群，张继德，张晓伟，柴旺，王子时，
申请(专利权)人：河南福森新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41