电池隔膜及其制备方法、二次电池技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种电池隔膜及其制备方法，以及一种二次电池。其中，所述电池隔膜含有狭缝型的微孔，所述电池隔膜的原料组分包括质量比为(85～99.8)：(0.2～15)的聚丙烯和弹性橡胶材料。本发明专利技术电池隔膜具有优异的弹性和韧性，提高了隔膜的拉伸强度，可适应硅基负极材料在循环充放电过程中的体积膨胀和收缩，防止极片上的活性物质粉化、脱落，提高电池循环稳定性，安全性，以及容量保持率等性能。持率等性能。持率等性能。

【技术实现步骤摘要】
电池隔膜及其制备方法、二次电池


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种电池隔膜及其制备方法，以及一种二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池因其能量密度较高、循环寿命较长而被广泛应用于各种便携式电子设备当中。随着经济的不断发展，目前的锂离子电池已经无法满足人们日益增长的能量密度方面的需求，开发高比容量的负极材料是提高电池能量密度的主要方式之一。目前，已经成熟商业化的锂离子二次电池负极材料主要为石墨类负极材料，但因其理论容量约为372mAh/g，已不能满足目前市场更高能量应用需求。为了提升单体电芯的能量密度，负极材料逐渐在使用硅基材料(约为4200mAh/g)替代或掺杂在传统的人造石墨和天然石墨内。但硅基负极材料，在充放电循环的过程中，体积膨胀率大，负极极片的膨胀和收缩，造成负极极片在厚度方向上不断膨胀和收缩，极片上的活性物质脱落，以及硅基负极材料的结构粉化，造成电池循环性能差，容量急速下降，严重限制了硅基材料在电池负极材料中的应用。
[0003]锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成，其中，隔膜是支撑锂离子电池完成充放电化学过程的重要组成部分，其具有绝缘性能，能够防止正负极直接接触而短路，纳米级的微孔不但可以容纳电解液，而且是锂离子往返的通道。目前，具有大规模商业化应用的隔膜主要是聚丙烯PP干法膜和聚乙烯PE湿法膜为基膜的涂覆膜，现有隔膜弹性差，拉伸强度难以适应硅基负极材料在充放电过程中的体积膨胀，降低了硅基负极材料电池的循环性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种隔膜及其制备方法，以及一种二次电池，旨在一定程度上解决现有隔膜弹性差，拉升强度难以适应硅基负极材料在充放电过程中的体积膨胀的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种电池隔膜，电池隔膜含有狭缝型的微孔，电池隔膜的原料组分包括质量比为(85～99.8)：(0.2～15)的聚丙烯和弹性橡胶材料。
[0007]本专利技术第一方面提供的电池隔膜，由质量比为(85～99.8)：(0.2～15)的聚丙烯和弹性橡胶材料的原料组分制得，其中，聚丙烯原料组分在成膜过程中会形成垂直于隔膜MD方向(即Machine Direction纵向，与隔膜制备方向一致的方向称为纵向)上的片晶，片晶被拉伸分离在隔膜中形成狭缝型的微孔结构，既为容纳电解液提供了空间，又为离子往返提供了传输迁移通道。另外，在聚丙烯原料组分内添加0.2～15％的弹性橡胶材料，弹性橡胶材料是非极性的高分子材料，不但与非极性的聚丙烯混合熔融效果好，而且弹性橡胶材料的分子链与聚丙烯分子链混合缠绕，使电池隔膜具有橡胶的弹性和韧性，提高了隔膜的拉伸强度。从而使本专利技术电池隔膜可适应硅基负极材料在循环充放电过程中的体积膨胀和收
缩，减少电芯的体积膨胀，防止极片上的活性物质粉化、脱落，降低极片的粉化程度，提高电池循环稳定性，安全性，以及容量保持率等性能。
[0008]进一步地，聚丙烯的重均分子量为20～70万，结晶度不低于90％，等规度不低于95％，采用高结晶度和等规度的聚丙烯PP材料，有利于隔膜中形成完整且厚的片晶，进而在拉伸过程中片晶可发生分离，形成具有纳米级的狭缝型孔隙的电池隔膜。
[0009]进一步地，弹性橡胶材料包括丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁烯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、氟橡胶中的至少一种；这些弹性橡胶材料，每一条分子链都由多个链段构成，通过分子间作用力使橡胶分子在平衡态时处于卷曲状。
[0010]进一步地，弹性橡胶材料的结晶度低于15％，用低结晶度的弹性橡胶材料，有更高的交联度，而提高弹性橡胶材料与聚丙烯的混合交联效果，从而提高隔膜性能的一致性，使隔膜的弹性、韧性、拉伸强度等性能更稳定。
[0011]进一步地，电池隔膜的孔隙率为30～50％；本专利技术电池隔膜的孔隙率为30～50％，有利于离子迁移传输，孔隙率范围广，可根据不同体系的电池设计要求选择合适的孔隙率隔膜。
[0012]进一步地，电池隔膜中狭缝型的微孔的长度为30～50nm；本专利技术隔膜孔隙率越高，则微孔越大，隔膜中狭缝型微孔的大小可适应与不同体系的电池应用需求，适应范围广，应用灵活方便。
[0013]进一步地，电池隔膜的厚度为10～40μm；本专利技术电池隔膜的厚度大小与电芯设计需求有关，不同电池体系适应不同厚度的电池隔膜，厚度为10～40μm的电池隔膜可适应不同电池体系的应用需求，适应范围广，应用灵活方便。
[0014]进一步地，当电池隔膜的厚度为20μm时，拉伸强度不低于220kgf/cm2。本专利技术电池隔膜具有优异的韧性和弹性，拉伸强度高，可适应硅基负极材料在循环充放电过程中的体积膨胀和收缩，防止极片上的活性物质粉化、脱落，提高电池循环稳定性，安全性，以及容量保持率等性能。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0016]将质量比为(85～99.8)：(0.2～15)的聚丙烯和弹性橡胶材料的熔融混合物制备成隔膜结晶粗产品；
[0017]对隔膜结晶粗产品进行热处理后，沿垂直于隔膜结晶粗产品中片晶的方向进行热拉伸和热定型处理，在隔膜结晶粗产品中形成狭缝型的微孔，得到电池隔膜。
[0018]本专利技术第二方面提供的电池隔膜的制备方法，以聚丙烯和弹性橡胶材料为原料，将质量比为(85～99.8)：(0.2～15)的聚丙烯和弹性橡胶材料的熔融混合物制备成隔膜结晶粗产品后，对粗产品进行热处理使隔膜中片晶生长变厚，在垂直于隔膜结晶粗产品中片晶的方向进行热拉伸处理，使隔膜中片晶被拉伸分离形成狭缝型的微孔，定型后便得到含有狭缝型微孔的电池隔膜。本专利技术电池隔膜的制备方法，工艺简单，操作简便，适用于工业化大规模生产和应用，且制备的电池隔膜具有优异的弹性和韧性，提高了隔膜的拉伸强度，可适应硅基负极材料在循环充放电过程中的体积膨胀和收缩，防止极片上的活性物质粉化、脱落，提高电池循环稳定性，安全性，以及容量保持率等性能。
[0019]进一步地，熔融混合物制备成隔膜结晶粗产品的步骤包括：将聚丙烯和弹性橡胶材料混合熔融形成熔融混合物后，通过流延工艺或者吹塑工艺将熔融混合物制成膜层，使
隔膜中形成垂直于隔膜MD方向(即Machine Direction纵向，与隔膜制备方向一致的方向称为纵向)上的片晶。
[0020]进一步地，流延工艺包括步骤：将聚丙烯和弹性橡胶材料在流延挤出机内混合熔融形成熔融混合物后，在模头和流延辊间的拉伸比为90～120倍，冷却温度为50～90℃，冷却时间0.3～0.7s的条件下，熔融混合物挤出成型，得到隔膜结晶粗产品。本专利技术聚丙烯和弹性橡胶材料的熔融混合物在大拉伸比和快速冷却下结晶，有利于混合浆料形成垂直于隔膜MD方向的片晶，为后续狭缝型微孔的制备。
[0021]进一步地，热处理的条件包括：在温度为100～150℃的条件下热处理5～10分钟。隔膜中片晶在该高温条件下，可加快结晶速率，促进片晶生长变厚，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜含有狭缝型的微孔，所述电池隔膜的原料组分包括质量比为(85～99.8)：(0.2～15)的聚丙烯和弹性橡胶材料。2.如权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述聚丙烯的重均分子量为20～70万，结晶度不低于90％，等规度不低于95％。3.如权利要求1或2所述的电池隔膜，其特征在于，所述弹性橡胶材料包括丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁烯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、氟橡胶中的至少一种；和/或，所述弹性橡胶材料的结晶度低于15％。4.如权利要求3所述的电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜的孔隙率为30～50％；和/或，所述电池隔膜中，所述狭缝型的微孔的长度为30～50nm；和/或，所述电池隔膜的厚度为10～40μm；和/或，当所述电池隔膜的厚度为20μm时，拉伸强度不低于220kgf/cm2。5.一种电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将质量比为(85～99.8)：(0.2～15)的聚丙烯和弹性橡胶材料的熔融混合物制备成隔膜结晶粗产品；对所述隔膜结晶粗产品进行热处理后，沿垂直于所述隔膜结晶粗产品中片晶的方向进行热拉伸和热定型处理，在所述隔膜结晶粗产品中形成狭缝型的微孔，得到电池隔膜。6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传能，刘荣华，鲁丹，谢毓豪，
申请(专利权)人：恒大新能源技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：