超薄高强度改性锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及超薄高强度改性锂离子电池隔膜及其制备方法，包括如下步骤：将60

【技术实现步骤摘要】
超薄高强度改性锂离子电池隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及超薄高强度改性锂离子电池隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种高性能的绿色电池，在各种便携式电子产品和通讯设备中已得到广泛应用，也是混合动力汽车以及电动汽车的首选动力源。伴随着锂离子电池行业的迅猛发展，有关锂离子电池改进的研发也愈加深入。隔膜在锂电池中的主要作用有三点：使正负极片隔离；隔绝电子自由穿过；隔膜本身存在的微孔可以让电解质液中的离子在正负极之间自由通过。隔膜性能及其微孔结构直接决定锂离子电池内阻的大小，而且能够进一步的影响电池的容量、循环性能以及充放电效率，因此对隔膜性能及其微孔结构的研究备受关注。
[0003]聚烯烃材料本身具有良好的性能，例如强度高、耐酸碱、腐蚀性好、防水、耐化学试剂、生物相容性好、无毒性等，已经在众多领域得到了广泛的应用。由于在合理的成本范围内，聚烯烃化合物有较好的抗撕裂强度和较低的面电阻、具有良好的机械性能和化学稳定性，以及高温自闭性能、确保了锂离子电池在日常使用上的安全性。商品化的液态锂离子电池大多是用微孔聚烯烃隔膜。
[0004]目前锂离子电池所用的隔膜材料主要为聚乙烯和聚丙烯。根据材料本身的特点，一般情况下聚丙烯材质的隔膜制备采用干法拉伸的工艺，而聚乙烯材质的隔膜采用湿法拉伸工艺制备。同时聚乙烯材料和聚丙烯材料可以复合使用制作双层膜和三层膜，双层膜和三层膜则是根据聚乙烯和聚丙烯熔点的差异，为电池提供保护的功能。但是聚烯烃材料隔膜在充放电过程中容易被击穿造成电芯短路，同时由于电芯升温较快，聚烯烃隔膜因其自身熔点较低并不能满足生产需求。另外由于聚烯烃材料为非极性材料，对电解液的浸润性和保液力较差，这就导致隔膜与电解液的接触面就较小，并不能保证较小水平下的锂电池内阻，从而进一步影响电池的充放电循环性能及容量。最后随着市场对锂电池能量密度、安全性要求越来越高，锂电池厂商对隔膜性能也提出了更高的要求，即要求厚度轻薄化、更高的强度和更低的热收缩率。目前市场上隔膜最薄为5μm，更薄的隔膜罕见报道和应用。

技术实现思路

[0005]为了解决聚乙烯材料作为隔膜时易被击穿以及对电解液的浸润性、保液力差的技术问题以及对隔膜轻薄化的要求，而提供超薄高强度改性锂离子电池隔膜及其制备方法。本专利技术方法制得的锂离子电池隔膜的厚度可达到4μm以下，且具有较高的穿刺强度以及较好的电解液浸润性保液力。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]超薄高强度改性锂离子电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将60-80重量份的特高分子量聚乙烯、20-40重量份的超高分子量聚乙烯、5-10
重量份的硅烷偶联改性气相法白炭黑以及0.1-0.5重量份的抗氧剂、200-400重量份白油混合均匀得到混合物；
[0009](2)将所述混合物输送至螺杆挤出机进行熔融挤出，通过铸片得到厚片，然后对所述厚片进行双向拉伸处理，去除白油，牵引定型、收卷分切后制得膜厚4μm以下的微孔隔膜；
[0010](3)对所述微孔隔膜进行氟化处理得到氟化微孔隔膜，然后再经过辐照接枝处理，洗涤烘干后后制得超薄高强度改性锂离子电池隔膜。
[0011]进一步地，步骤(2)所述熔融挤出的温度为180℃～240℃。
[0012]进一步地，步骤(2)所述双向拉伸处理是先将将所述厚片进行纵向拉伸7倍～15倍，然后再进行横向拉伸7倍～15倍。
[0013]进一步地，步骤(2)所述去除白油的过程是：将经过双向拉伸后的膜置于二氯甲烷中进行白油的萃取。
[0014]进一步地，步骤(2)中在所述去除白油之后，还包括进行第二次的横向拉伸1.1倍～2倍。
[0015]进一步地，步骤(2)所述牵引定型的过程是通过牵引将膜先经过40℃～120℃的热辊，再经过40℃以下的冷辊。
[0016]进一步地，步骤(3)所述氟化处理的过程是：将微孔隔膜置于预热后通入氮气的氟化仪中，常温下充入氟气至2kPa～5kPa发生氟化反应30s～270s，至少进行一次所述氟化处理。
[0017]进一步地，步骤(3)所述辐照接枝处理是：将所述氟化微孔隔膜置于聚乙烯醇溶液中进行微波处理，所述微波处理的频率800MHz～1200MHz、功率为500W～800W、时间为2min～5min；或者将所述氟化微孔隔膜先进行等离子束处理，然后将处理后的膜置于50℃～80℃的聚乙烯醇溶液中搅拌反应2min～5min，所述等离子束处理的电流强度为10～15A、时间为1min～3min；所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为5％～30％。
[0018]本专利技术另一方面提供由上述制备方法制得的超薄高强度改性锂离子电池隔膜，所述改性锂离子电池隔膜为聚乙烯隔膜表面接枝基团，膜厚4μm以下，所述改性锂离子电池隔膜可单独作为隔膜使用，也可以与其他膜厚的隔膜复合使用。
[0019]有益技术效果：
[0020]本专利技术的改性锂离子电池隔膜采用特高分子量聚乙烯与超高分子量聚乙烯作为电池隔膜的基体材料，由于两者分子量较高，使隔膜具有较好的机械强度和耐热性能，以二氧化硅作为增强材料，辅以抗氧剂赋予材料更高的机械强度及耐热性能；本专利技术以螺杆挤出共混分散工艺将二氧化硅均匀地分散在聚乙烯基体中，气相法二氧化硅由于是纳米级材料，经过硅烷偶联剂活化的二氧化硅可以减少纳米粒子间的团聚使其能够更加均匀地分散在聚乙烯基体中，熔融共混后，经过双向拉伸处理，由于特高分子量聚乙烯与超高分子量聚乙烯具有较好的机械强度能够承受较大倍率的拉伸而不破裂，无需造孔剂的情况下，就能使拉伸后的膜具有微孔，然后经过氟化处理使得微孔隔膜表面被氟化，聚乙烯基体中的氢原子被氟原子替代，使得氟化聚乙烯微孔隔膜具有一定的极性，然后将膜与聚乙烯醇进行辐照接枝处理，辐照后氟化聚乙烯微孔隔膜表面的氟原子与聚乙烯醇羟基上的氢原子结合，生成一份子氟化氢，聚乙烯醇的大分子链就接枝到了微孔隔膜表面，得到的改性隔膜膜
厚在4μm以下时就能达到较高的穿刺强度和拉伸强度，同时具有较低的热收缩率、较好的耐热性能，另外经过氟化处理后，表面氟原子就成为了活性点，通过辐照处理可在氟活性位点上接枝大分子链，得到的改性隔膜具有对电解液较好浸润性及保液力。
[0021]本专利技术的改性锂离子电池隔膜在4μm以下的膜厚基础上就具有较高的穿刺强度和拉伸强度、较低的热收缩率、较好的耐热性能，同时与电解液的亲和性较强，浸润性较好，保液力强，保证锂电池运行时具有较小的内阻、较高的离子导电性，进一步保证电池的充放电循环性能以及容量。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术的实施例，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超薄高强度改性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将60-80重量份的特高分子量聚乙烯、20-40重量份的超高分子量聚乙烯、5-10重量份的硅烷偶联改性气相法白炭黑以及0.1-0.5重量份的抗氧剂、200-400重量份白油混合均匀得到混合物；(2)将所述混合物输送至螺杆挤出机进行熔融挤出，通过铸片得到厚片，然后对所述厚片进行双向拉伸处理，去除白油，牵引定型、收卷分切后制得膜厚4μm以下的微孔隔膜；(3)对所述微孔隔膜进行氟化处理得到氟化微孔隔膜，然后再经过辐照接枝处理，洗涤烘干后制得超薄高强度改性锂离子电池隔膜。2.根据权利要求1所述的超薄高强度改性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述熔融挤出的温度为180℃～240℃。3.根据权利要求1所述的超薄高强度改性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述双向拉伸处理是先将将所述厚片进行纵向拉伸7倍～15倍，然后再进行横向拉伸7倍～15倍。4.根据权利要求1所述的超薄高强度改性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述去除白油的过程是：将经过双向拉伸后的膜置于二氯甲烷中进行白油的萃取。5.根据权利要求1所述的超薄高强度改性锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中在所述去除白油之后，还包括进行第二次的横向拉伸1.1倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛涛，翁星星，胡敏，蒋涛，孙爱斌，贾培梁，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：