本发明专利技术涉及微孔膜技术领域,尤其是一种孔关闭可控的微孔膜及其制备方法和应用,该微孔膜由两种或者两种以上不同熔点的聚烯烃原料组成;所述聚烯烃原料包括聚乙烯或聚丙烯;任意两种聚烯烃原料的熔点差值均为3℃以上;其中,熔点最低的原料的含量占总聚烯烃组分的比例为15%‑75%,熔点最高的原料组分的含量占总聚烯烃组分的比例不少于10%。
【技术实现步骤摘要】
孔关闭可控的微孔膜及其制备方法和应用
本专利技术涉及微孔膜领域,具体领域为一种孔关闭可控的微孔膜及其制备方法。
技术介绍
目前,多层微孔膜多应用于锂离子电池、水处理、血清分离等应用领域,其大多数由一种材料制备而成,只有一个熔融闭孔温度,当温度异常时微孔膜的孔几乎全部处于关闭状态,再也无法继续使用。如专利CN108711604A由极细聚酯纤维湿法非织布层与低熔点聚酯微孔膜层构成的二层或三层复合膜,该种隔膜的自关闭温度取决于所述低熔点聚酯的熔点,通常为110-130℃,破膜温度取决于所述超细聚酯纤维的熔点,通常为260-265℃,安全温度窗为130-155℃。专利CN101000952公开了一种锂离子电池用聚烯微多孔隔膜及其制造方法,它是由一层聚乙烯层,一层聚丙烯层等相互交叠的多层材料,应用改进后热致相分离法工艺制造成的聚烯微多孔多层隔膜的整体结构,在相邻的聚乙烯和聚丙烯层中至少有一层是含有一定量的乙烯-丙烯共聚物,以改善他们的相容性。其闭孔温度为130-140℃,破膜温度为160℃-170℃以上,破膜温度与闭孔温度的差值达30℃以上,很好地满足了锂离子电池隔膜的闭孔温度低,破膜温度高的安全性要求。也就是其低熔点的聚乙烯层随电池内部温度的升高,熔融使微孔闭合,有效地隔绝电流通过,而高熔点的聚丙烯层在更高的温度下仍能提供隔膜的完整性,因而实现了很好的安全性能。但以上专利所涉及的隔膜均只有一个确定的闭孔温度,在温度达到其闭孔温度时,隔膜就无法再次使用,整个电池系统将瘫痪失效。专利技术内容本专利技术的目的在于提供一种孔关闭可控的微孔膜及其制备方法和应用,膜材料具有不同的熔点,微孔膜的孔可在一定温度下使部分微孔自动关闭,从而减小膜两侧的物料交换速率。可以满足异常温度下的正常使用,或者在不同的温度下体现出不同的分离效果,大大提高了应用范围和分离效果。为实现上述目的,本专利技术提供如下技术方案:一种孔关闭可控的微孔膜,由两种或者两种以上不同熔点的聚烯烃原料组成;所述聚烯烃原料包括聚乙烯或聚丙烯;任意两种聚烯烃原料的熔点差值均为3℃以上;其中,熔点最低的原料的含量占总聚烯烃组分的比例为15%-75%,熔点最高的原料组分的含量占总聚烯烃组分的比例不少于10%。进一步的,所述聚烯烃原料还包括聚酰胺、聚砜中的一种或多种。进一步的,所述聚烯烃原料的熔点均≥90℃;任意两种聚烯烃原料的熔点差值均为5℃以上。使用时,当温度上升到熔点最低的原料的熔点时,膜体会出现部分闭孔现象,降低膜两侧的物料传输速率或通透性;当温度继续上升达到下一种原料的熔点时,膜体的闭孔现象增加;以此类推直到温度达到熔点最高的原料的熔点后,膜体所有的微孔全部关闭,达到完全阻隔的效果。该孔关闭可控的微孔膜的制备方法,可采用干法单轴拉伸法制备,或者通过干法双向拉伸法或湿法双向拉伸法制备。以采用湿法双向拉伸法为例,制备过程包括以下步骤:(1)将不同聚烯烃的混合组分与加工助剂导入双螺杆挤出机进行挤出加工;(2)将挤出后的溶体片材进行冷却结晶;(3)对冷却后的片材进行纵向拉伸;(4)对纵向拉伸后的膜进行横向拉伸;(5)将膜浸入二氯甲烷中萃取,使其中的加工助剂脱离膜体;(6)将萃取后的膜进行热处理定型。其中,所述步骤(1)中,加工助剂选择沸点在250℃以上的石蜡油,或者熔点低于60℃的液体石蜡油;所述步骤(5)中,萃取剂二氯甲烷的纯度在98%以上。其中,所述步骤(2)中,冷却结晶过程中,测试膜的结晶度在60%以上,结晶度测试时需预先将膜采用二氯甲烷在超声波的条件下清洗至残油率低于1%。其中,所述步骤(6)中,热定型过程需设置多组不同的温度进行热定型,温度由低到高逐渐递增,且每组热定型温度至少低于原料各组份中较低的组分熔点的3℃以上。采用不同的热定型温度能够对膜中不同组分进行不同条件的热定型,有利于膜在高温环境下的各向异性,从而不容易导致膜的完全失效。本专利技术所制备的隔膜则有多个闭孔温度,可以在温度异常时部分孔关闭,降低电池效率,从而减电池的化学反应,可以起到降温的作用,当温度再次升高时,将会关闭更多的孔,进一步降低电池内部反应,以此类推直至电池完全失效。这种多个闭孔温度的最大优势是电池可以自动排除异常升温带来的影响,同时启动闭孔时又可以降温,而且保留了电池的功能,可以使电池在低效的情况下继续运行。该孔关闭可控的微孔膜可用于锂离子电池隔膜、高温水处理膜等领域。与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:本专利技术的微孔膜可以通过控制原料的配方和加工过程中温度场的温度分布来控制膜体微孔的温度敏感性,从而使其在不同的温度下进行孔关闭活动,对于不同温度下具有不同的温度响应性,从而改变膜的物料透过性。本专利技术的微孔膜应用在锂离子电池隔膜方面,可以在不同的异常温度下使电池内部的化学反应逐渐变慢,降低电池的化学能转化过程,从而能够防止高温异常情况下电池的持续大功率放电导致的自燃和爆炸。附图说明图1为实施例1隔膜的正常膜面情况;图2为实施例1的隔膜加热至122℃时膜面情况;图3为实施例1的隔膜加热至129℃时膜面情况;图4为实施例1的隔膜加热至134℃时膜面情况;图5为对比例1所制备隔膜在温度为131℃时膜面情况。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。其中,以下实施例中所出现的高密度聚乙烯的密度范围为9.3-9.7g/cm3,结晶度在70%以上;低密度聚乙烯密度范围9.1-9.25g/cm3,结晶度在55-65%。实施例1一种孔关闭可控的微孔膜,由三种不同熔点的聚烯烃原料组成;其中,主体原料为高密度聚乙烯(9.3g/cm3,结晶度73%),质量占比为60%,熔点为137℃;第二组分为低密度聚乙烯(9.1g/cm3,结晶度55%),质量占比为24%,熔点为131℃;第三组分为低密度聚乙烯,质量占比为16%,熔点为125℃。采用湿法双向拉伸法生产,具体制备过程为:(1)将不同聚烯烃的混合组分与加工助剂导入双螺杆挤出机进行挤出加工,挤出温度206℃,螺杆转速60rpm;其中,加工助剂选择熔点为51℃的液体石蜡油;(2)将挤出后的溶体片材进行冷却结晶;熔体冷却温度12℃,冷却辊转速3m/min,测试膜的结晶度为78%,结晶度测试时预先将膜采用二氯甲烷在超声波的条件下清洗至残油率低于1%。(3)对冷却后的片材进行纵向拉伸,纵向拉伸倍率8.4倍,拉伸温度110℃;(4)对纵向拉伸后的膜进行横向拉伸,横向拉伸倍率6.9倍,拉伸温度113℃;(5)将膜浸入二氯甲烷中萃取,使其中的加工助剂脱离膜体,萃取温度为20℃,萃取速度35m/min;本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种孔关闭可控的微孔膜,其特征在于:由两种或者两种以上不同熔点的聚烯烃原料组成;所述聚烯烃原料包括聚乙烯或聚丙烯;任意两种聚烯烃原料的熔点差值均为3℃以上;其中,熔点最低的原料的含量占总聚烯烃组分的比例为15%-75%,熔点最高的原料组分的含量占总聚烯烃组分的比例不少于10%。/n
【技术特征摘要】
1.一种孔关闭可控的微孔膜,其特征在于:由两种或者两种以上不同熔点的聚烯烃原料组成;所述聚烯烃原料包括聚乙烯或聚丙烯;任意两种聚烯烃原料的熔点差值均为3℃以上;其中,熔点最低的原料的含量占总聚烯烃组分的比例为15%-75%,熔点最高的原料组分的含量占总聚烯烃组分的比例不少于10%。
2.根据权利要求1所述的孔关闭可控的微孔膜,其特征在于:所述聚烯烃原料还包括聚酰胺、聚砜中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的孔关闭可控的微孔膜,其特征在于:所述聚烯烃原料的熔点均≥90℃;任意两种聚烯烃原料的熔点差值均为5℃以上。
4.根据权利要求3所述的孔关闭可控的微孔膜,其特征在于:使用时,当温度上升到熔点最低的原料的熔点时,膜体会出现部分闭孔现象;
当温度继续上升达到下一种原料的熔点时,膜体的闭孔现象增加;
以此类推直到温度达到熔点最高的原料的熔点后,膜体所有的微孔全部关闭。
5.权利要求1-4任一所述的孔关闭可控的微孔膜的制备方法,其特征在于:采用干法单轴拉伸法制备,或者通过干法双向拉伸法或湿法双向拉伸法制备。
6.根据权利要求5所述的孔关闭可控的微孔膜的制备方法,其特征在于:...
【专利技术属性】
技术研发人员:贾培梁,胡敏,赵蒙晰,翁星星,陈朝晖,
申请(专利权)人:江苏厚生新能源科技有限公司,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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