[发明专利]一种微孔隔膜的制备方法及微孔隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜的加工领域，尤其是涉及一种制备结构均匀、具有特殊微孔结构且安全性能高的新型微孔隔膜的方法及微孔隔膜。

背景技术

锂电池隔膜是锂离子电池核心部件之一，其成本大约占整个锂电池成本的20-30%。其性能的好坏对锂电池的整体性能有着非常重要的影响，是制约锂电池发展的关键技术之一。

随着锂电池应用领域的不断扩大和锂电产品在人们生活中的影响不断深化，人们对锂电池性能的要求也越来越高。为了满足锂电池的发展要求，隔膜作为锂电池的重要部件不仅应具有良好的化学稳定性、较低的制造成本，提高锂离子电池的安全性能也是目前锂电发展的重要趋势。

锂离子电池隔膜从制备工艺的角度分为两种：第一、干法隔膜制备工艺——熔融挤出拉伸法，该工艺又分为单向拉伸和双向拉伸两种，其中干法单向拉伸工艺可制备单层PP微孔膜，单层PE微孔膜，多层PP复合膜，PP/PE/PP三层复合膜，所制备的隔膜其微孔为狭缝型结构，因为在拉伸过程中，仅有高度的纵向拉伸，导致成品微孔膜在纵向强度较高，横向强度小，在电池装配、电池使用过程中容易受到机械力而撕裂，或者因为在负极材料侧生成的锂树枝晶刺穿隔膜形成短路或者微短路，容易产生安全问题。双向拉伸干法工艺目前主要制备的是单层PP微孔膜，该种微孔膜横向强度高，但是因为在其制备过程中涉及β晶型向α晶型的转变，微孔的结构不好控制。第二、湿法隔膜制备工艺——热致相分离法，该工艺通过将高聚物溶解于高沸点的小分子溶剂，后续经过双向拉伸、萃取，制备，力学性能较好微孔膜，但是其原料的主体树脂一般为超高分子量聚乙烯等聚烯烃材料，聚烯烃材料尤其是聚乙烯材料本身的耐热性较低，因此不利于电池的高温安全性，因此现在很多人在研究后续的耐高温涂覆工艺。除了上面这两种工艺外，近年来，静电纺丝工艺也有所发展，所制备微孔隔膜产品虽然耐高温，但是因为制备工艺复杂，产量受到一定的限制，无法大批量生产，同时因为破膜温度较高，是否适用于安全性能高、大倍率快速放电，还有待研究。

发明内容

为克服传统干法与湿法制备的隔膜耐热性差和力学强度低的缺点，本发明的目的在于提供一种能制备结构均匀、具有特殊微孔结构且安全性能高的微孔隔膜的方法及微孔隔膜。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的，一种微孔隔膜的制备方法，包括以下步骤：

1）、将主体聚烯烃树脂与辅助添加剂通过搅拌混料机搅拌均匀，搅拌速度为500-6000rpm，搅拌时间为10-40min，得到混合物Ⅰ；

2）、将所得混合物Ⅰ加入到挤出机中，在温度为180-240℃的条件下熔融塑化均匀成熔体；

3）、将所得熔体从模头挤出的铸片，随后进入流延工序，模头温度为185-235℃，流延温度为50-110℃，制备出厚度在8微米-40微米的中间体膜；

4）、将中间体膜进行双向微张力下退火处理，退火温度为100-160℃，膜在退火设备中的速度为1-20m/min，纵向张力0.1-3.0N，横向张力0.1-2.5N进行拉伸，纵向的拉伸比为1.0-2.0，横向的拉伸比为1.0-2.0，退火时间5-60分钟；

5）、将上述退火后的中间体膜进行纵向拉伸，拉伸温度为100-150℃，拉伸速比为0.5-3.0，制备具有微孔结构的隔膜。

具体的，所述主体烯烃树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚4-甲基戊烯-1、聚丙烯晴中的任意一种或者多种，主体树脂所占比例按重量百分比为75-99.9%。

具体的，所述辅助添加剂为增塑剂、填充剂、阻燃剂、抗氧化剂、热稳定剂中的任意一种或多种，辅助添加剂所占重量百分比为25-0.1%。

更具体的，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类、脂肪族二元酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡中的一种或多种；所述填充剂为硅酸盐、滑石、碳酸盐中的一种或多种；所述阻燃剂为三氧化二锑、三水合氧化铝、硼酸锌、偏硼酸锌、四溴丁烷、六溴联苯、磷酸三（2,3-二氯丙基）酯中的一种或多种；所述抗氧化剂为酚类、胺类、含磷化合物、含硫化合物和有机金属盐中的一种或多种；所述热稳定剂为：盐基性铅盐、脂肪酸皂、有机锡、有机辅助稳定剂和复合稳定剂，具体为三盐基碳酸铅、二盐基亚磷酸铅，硬脂酸、月桂酸的镉、钡、钙、锌、镁盐、二巯基醋酸异辛酯中的一种或多种。

具体的，所述主体烯烃树脂的重量百分比为80-95%，辅助添加剂的重量百分比为20-5%。