一种液晶增强超高分子量聚乙烯锂电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种液晶增强超高分子量聚乙烯锂电池隔膜及其制备方法，包括如下重量百分比的组分：超高分子量聚乙烯45～75wt％，超高分子量聚乙烯接枝料5～15wt％；液晶高分子20～40wt％。使用超高分子量聚乙烯作为隔膜的基体材料，液晶高分子作为骨架材料，超高分子量聚乙烯接枝物作为相容剂，通过共混挤出工艺将具有高度取向的液晶高分子均匀分散在隔膜中，经过纵向和横向高倍率拉伸，液晶高分子在纵横方向交错形成高度取向的网状结构，由于液晶高分子具有高强度、高耐热、高阻燃的特性，能够综合提升隔膜的性能，从而达到提升锂电池安全系数的目的。数的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种液晶增强超高分子量聚乙烯锂电池隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池隔膜
，具体涉及一种液晶增强超高分子量聚乙烯锂电池隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为新一代储能技术，虽然已经被广泛研究和应用，却几乎只能在室温环境中工作。高温或低温，都将引起锂电池性能降低，寿命和容量就会打折扣。尤其是在高温条件下，电池内部会产生较大的热量浮动，从而引起爆炸等安全事故。
[0003]对于动力锂电池组来说，一般最佳使用温度在30～60℃，超过这个范围电池的性能和安全都会受到影响。在锂电池承受高温的测试中，有200℃、500℃、甚至800℃的极端温度测试。锂电池在此温度下可能瞬间放电而产生大量的电流，发生自燃或爆炸情况。因此在锂电池的设计中一般都设有防爆阀，在遇到高温或电极短路时，防爆阀能够自动破坏，释放电池内部的压力，防止电池发生爆炸。
[0004]随着锂离子电池越来越广泛地应用到人们的生产生活当中，这使得它的使用安全性成为首要的关注要点。

技术实现思路

[0005]为了解决锂离子电池安全性的技术问题，而提供一种液晶增强超高分子量聚乙烯锂电池隔膜及其制备方法。本专利技术从锂电池隔膜的角度解决锂电池安全问题，使用超高分子量聚乙烯作为的基体材料，液晶高分子作为骨架材料，超高分子量聚乙烯接枝物作为相容剂，通过共混挤出工艺将具有高度取向的液晶高分子均匀分散在隔膜中，经过纵向和横向高倍率拉伸，高度取向的液晶高分子在纵横方向交错形成网状结构，由于液晶高分子具有高强度、高耐热、高阻燃的特性，能够综合提升隔膜的性能，从而达到提升锂电池安全系数的目的。
[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]一种液晶增强超高分子量聚乙烯锂电池隔膜，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：超高分子量聚乙烯45～75wt％，超高分子量聚乙烯接枝料5～15wt％，液晶高分子20～40wt％。
[0008]进一步地，所述超高分子量聚乙烯的平均分子量大于200万；所述超高分子量聚乙烯接枝料为分子链上含有甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)官能团，所述官能团含量1mol％～4mol％；所述液晶高分子的熔点为185℃～205℃，所述液晶高分子的结构如下：
[0009][0010]上述液晶增强超高分子量聚乙烯锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)液晶高分子的溶液制备：按重量百分比称取液晶高分子，溶解在甲基磺酸中，混合后形成均一的液晶高分子有机溶液；
[0012](2)超高分子量聚乙烯接枝料的制备：将甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二异丙苯溶解于甲苯中形成引发溶液；将超高分子量聚乙烯粉投入到搅拌机中，加入所述引发溶液，通入氮气保护，进行固相接枝反应制得超高分子量聚乙烯接枝料；
[0013](3)液晶增强超高分子量聚乙烯隔膜的制备：按照重量百分比称取超高分子量聚乙烯、步骤(2)中制得的超高分子量聚乙烯接枝料投入到混合机中，倒入步骤(1)中制得的液晶高分子有机溶剂，经过共混分散，干燥后得到混合料；
[0014]将所述混合料投入挤出机中，从挤出机注油口加入白油，进行熔融挤出，熔体经过挤出机模口流延至冷却辊制得流延膜片；
[0015]将所述流延膜片依次经过纵向拉伸、横向拉伸、萃取、热定型、收卷，最后制得液晶增强超高分子量聚乙烯隔膜。
[0016]进一步地，步骤(1)中所述混合的速度为200rpm～500rpm、混合的时间为5h～10h、混合的温度为40℃～50℃；所述甲基磺酸的用量为液晶高分子用量的1倍～2倍。
[0017]进一步地，步骤(2)中所述超高分子量聚乙烯接枝料中所用原材料的质量百分数为：所述甲基丙烯酸缩水甘油酯占比3wt％、所述过氧化二异丙苯占比0.1～0.3wt％、所述超高分子量聚乙烯94.7～96.7wt％；所述引发溶液中所述甲基丙烯酸缩水甘油酯与所述甲苯的用量比例为(3～5)g:(50～500)mL；所述固相接枝反应条件为在搅拌速度50rpm～100rpm与反应温度80℃～100℃下反应3h～6h。
[0018]进一步地，步骤(3)中所述混合料的共混分散的速度为50rpm～200rpm、共混分散的温度为60～80℃；
[0019]所述白油的加入量为所述混合料重量的2倍～3倍；
[0020]所述熔融挤出的温度为150℃～230℃，所述挤出机的螺杆转速为80rpm～120rpm、挤出量为200kg/h～600kg/h；
[0021]所述冷却辊的温度为20℃～40℃；
[0022]所述纵向拉伸的温度为80℃～120℃，拉伸倍率为2～8倍；
[0023]所述横向拉伸的温度为100℃～130℃，拉伸倍率为2～12倍；
[0024]所述萃取采用的是二氯甲烷溶剂，所述萃取的温度为5℃～20℃、萃取时所述二氯甲烷的流量为1～8m3/h；
[0025]所述热定型的温度为120～160℃。
[0026]有益技术效果：
[0027]本专利技术选用超高分子量聚乙烯为隔膜基体材料，液晶高分子作为支撑骨架材料，超高分子量聚乙烯接枝料作为相容剂，白油作为造孔剂经过双螺杆挤出机共混挤出，液晶高分子均匀分散在基体材料中，再经过纵向拉伸、横向拉伸，液晶材料形成高度取向的交叉网状结构，经过二氯甲烷萃取后白油溶出形成微孔结构，最后经过热定型和收卷制得一种液晶增强超高分子量聚乙烯锂电池隔膜。
[0028]本专利技术采用的液晶高分子是侧链含磷的具有柔性脂肪基的半芳型聚芳酯，其主链结构中的柔性脂肪基和芳香基团使其具有良好加工性的同时又具有高耐温和易取向结晶
性能，侧链含磷基团使其具有高阻燃性。在加工过程中，液晶高分子经过纵向拉伸、横向拉伸后在隔膜基体中形成高取向的网状结构给隔膜基材提供了骨架支撑，提高了隔膜强度、耐热性、阻燃性。当锂电池组遇到高温时，经过液晶增强的超高分子量锂电池隔膜具有的高强和高耐热能够避免正负极接触，防止坍陷引发短路；当锂电池发生起火时，锂电池中的隔膜组件具有的阻燃特性能够延缓火势的蔓延。本专利技术一种液晶高分子增强超高分子量锂电池隔膜从提升隔膜的力学强度、热稳定性、阻燃性的角度提升锂电池在极端使用环境下的安全性，能有效降低恶性事故的发生。
具体实施方式
[0029]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。
[0030]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本专利技术的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液晶增强超高分子量聚乙烯锂电池隔膜，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：超高分子量聚乙烯45～75wt％，超高分子量聚乙烯接枝料5～15wt％，液晶高分子20～40wt％。2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯锂电池隔膜，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的平均分子量大于200万；所述超高分子量聚乙烯接枝料为分子链上含有甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)官能团，所述官能团含量1mol％～4mol％；所述液晶高分子的熔点为185℃～205℃，所述液晶高分子的结构为：3.根据权利要求1～2任一项所述的一种液晶增强超高分子量聚乙烯锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)液晶高分子的溶液制备：按重量百分比称取液晶高分子，溶解在甲基磺酸中，混合后形成均一的液晶高分子有机溶液；(2)超高分子量聚乙烯接枝料的制备：将甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二异丙苯溶解于甲苯中形成引发溶液；将超高分子量聚乙烯粉投入到搅拌机中，加入所述引发溶液，通入氮气保护，进行固相接枝反应制得超高分子量聚乙烯接枝料；(3)液晶增强超高分子量聚乙烯隔膜的制备：按照重量百分比称取超高分子量聚乙烯、步骤(2)中制得的超高分子量聚乙烯接枝料投入到混合机中，倒入步骤(1)中制得的液晶高分子有机溶剂，经过共混分散，干燥后得到混合料；将所述混合料投入挤出机中，从挤出机注油口加入白油，进行熔融挤出，熔体经过挤出机模口流延至冷却辊制得流延膜片；将所述流延膜片依次经过纵向拉伸、横向拉伸、萃取、热定型、收卷，最后制得液晶增强超高分子量聚乙烯隔膜。4.根据权利要求3所述的一种液晶增强...

【专利技术属性】
技术研发人员：巢雷，李正林，翁星星，陈朝晖，贡晶晶，
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：