[发明专利]锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高能电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池是在液态锂离子电池的基础上发展起来的一种新型锂电池，它既保持了传统锂电池的高比能量、长循环寿命等优点，又具有安全可靠、快速充电等优良性能，目前已成为锂离子电池发展的一个新方向，受到人们的广泛关注。

在锂离子电池中，聚合物隔膜的作用是连接并隔开正极与负极材料，聚合物隔膜是电池的绝缘体，但允许离子迁移通过，是电池的重要组成部分。聚合物隔膜性能的优劣决定着电池的界面结构及内阻，进而影响着电池的容量、循环性、充电电流密度等关键特性。因此，性能优异的聚合物隔膜对于提高锂离子电池的综合性能具有重要的作用。

目前，在锂离子电池中常用的聚合物隔膜是微孔聚烯烃膜，其制备方法主要有熔融拉伸法(MSCS)和热致相分离法(TIPS)两种。熔融拉伸法是通过熔融挤出得到半结晶硬弹性的聚合物薄膜，然后对其进行拉伸，在薄膜中生产许多微孔，制造过程中不需要溶剂，生产速率较高，所采用的高分子材料是广泛商品化的聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)，属最廉价的膜材料之一，但采用该方法只能制成单层隔膜，如果要提高隔膜的性能，只能在制成单层隔膜后再复合，这样不利于隔膜的超薄化，同时增加了生产工艺的复杂性，导致生产成本增加。热致相分离法是通过调整聚合物与稀释剂的配比、选择不同萃取剂、控制温度及萃取剂浴中的时间等因素来制备出具有不同厚度、不同孔径尺寸、不同孔隙率的微孔聚合物隔膜。热致相分离法的工艺比熔融拉伸法要复杂，需加入和脱除稀释剂，因此制备成本相对较高，且可能引起二次污染；而熔融拉伸法工艺简单、生产过程中无污染。(文献1，Kesting R E，Synthetic Polymer Membranes，Second Edition，1985；文献2，Song J Y，Wang Y Y，Journal of Power Sources，1999，77：183；文献3，Jian K，Pintauro PN，JournaI of Membrane Science，1996，117：117；文献4，US Patent 6 080 507；文献5，US Patent 5 139 529；文献6，US Patent 3 679 538。)

随着锂离子电池的不断发展，制备工艺已逐步多样化。目前国内已有不少专利公开了相关方面的研究，如CN1322019A，CN1259773A，CN1423363A等。上述专利主要是利用各种物理方法或化学方法在已商品化的聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)多孔膜表面涂敷聚合物层，或先在多孔膜表面涂敷这些聚合物基质的单体，然后再聚合，目的是为了提升隔膜的电解质保持能力，同时与正负极有一定的粘结能力，使正负极隔膜成为一体，其存在的问题是通过单层复合隔膜厚度增加，导致电容量降低，且由于复合过程中有杂质带入，难免影响电池性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术存在的不足，提供一种工艺简单、制备成本低、微孔隔膜各项性能优异的锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法，包括如下步骤：

1)挤出成膜：将聚丙烯和聚乙烯按质量比1∶1～5∶1混合均匀，在挤出机中于185～210℃下熔融挤出成膜；

2)热处理：在125～130℃下热处理48～72小时；

3)纵向拉伸成孔：在温度为110～120℃、拉伸速率为20m/min下进行纵向拉伸成孔，制得聚合物微孔隔膜。

优选地，所述1)步骤中聚丙烯密度为0.9～0.92，聚乙烯的密度为0.95～0.965。

进一步地，所述聚丙烯密度优选为0.91～0.915，聚乙烯的密度优选为0.96～0.964。

优选地，所述1)步骤中聚丙烯和聚乙烯按质量比为2∶1～3∶1。

本发明的锂离子电池用聚合物微孔隔膜的制备方法是在现有熔融拉伸法(MSCS)基础上改进而成，传统的熔融拉伸法是将聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)分别熔融挤出成膜，再根据电池性能要求将两者进行复合，这不仅不利于隔膜的超薄化，还增加了生产工艺的复杂性，导致成本居高不下；而本发明的方法是将聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)按特定比例混合后熔融挤出成膜，并对后续的热处理及纵向拉伸成孔工艺参数进行严格控制，不仅省掉了后续的单层膜复合工艺，且微孔隔膜各项性能得以显著改善。

本发明的优点在于：