[发明专利]一种复合隔膜及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种复合隔膜及其制备方法和应用。本申请的复合隔膜，包括至少一层干法双向拉伸隔膜和至少一层聚乙烯双向拉伸隔膜，干法双向拉伸隔膜和聚乙烯双向拉伸隔膜层叠或交叉层叠复合成两层或多层的复合隔膜。本申请的复合隔膜，创造性的将干法双向拉伸隔膜和聚乙烯双向拉伸隔膜复合在一起，使其优势互补，提高了复合隔膜综合的拉伸强度、穿刺强度、热稳定性、抗氧化性、闭孔温度等性能。为锂离子电池提供了一种新的综合性能好的复合隔膜，同时，也为锂离子电池隔膜的研究提供了一种新的方案和策略。

技术领域

本申请涉及锂离子电池隔膜领域，特别是涉及一种复合隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池隔膜是一种多孔膜。锂离子电池隔膜在锂离子电池中的主要作用是隔离电池正负极，防止电池内部短路；提供锂离子在充放电过程中的迁移的通道，允许锂离子通过；减少对电池效能不利的副作用。目前商业化的隔膜主要分为湿法双向拉伸隔膜、干法单向拉伸隔膜、干法双向拉伸隔膜以及聚乙烯双向拉伸隔膜。参见专利US5480745、CN105017546B和JP2004323820。

湿法双向拉伸隔膜的制备工艺涉及将液态烃或一些小分子物质与聚烯烃树脂混合，加热熔融后，形成均匀的混合物，然后降温进行相分离，压制得膜片，再将膜片加热至接近熔点温度，进行双向拉伸使分子链取向，最后保温一定时间，用易挥发物质洗脱残留的溶剂，制备出相互贯通的微孔膜材料。一般湿法双向拉伸工艺具备更为优异的双向拉伸强度，但由于需要溶剂萃取，存在环保问题，致使欧洲国家目前主流的生产商已经弃用湿法工艺生产，也少有相关研究报道。聚乙烯双向拉伸隔膜不需萃取过程，环保性优于湿法工艺，性能与湿法双向拉伸隔膜相似，具备较高MD和TD拉伸强度、较高穿刺强度和断路功能；但是，聚乙烯双向拉伸隔膜仍存在热稳定性差，抗氧化性不足等缺点。

干法单向拉伸隔膜的制备工艺涉及通过生产硬弹性纤维的方法，制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，再高温退火获得高结晶度的取向薄膜，这种薄膜先在低温下进行拉伸形成微缺陷，然后在高温下使缺陷拉开，形成微孔。干法双向拉伸隔膜的制备工艺涉及通过在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改进剂，利用聚丙烯不同相态间密度的差异，在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔，用于生产单层PP膜。一般干法拉伸工艺不需增塑剂和萃取步骤，具有环保性，并且，干法双向拉伸隔膜产品具备更好的MD和TD方向强度平衡、良好的抗氧化性以及热稳定性；但是，干法膜高温自动断路响应速度慢，电池使用存在安全隐患。由Celgard发明的干法多层隔膜具有孔径、孔隙率和曲折度限定的独特孔结构，不仅可以抑制锂枝晶生长，而且具有MD高模量，自动断路等功能特点。但是，Celgard隔膜仍然存在卷绕易撕裂问题，参见US5691077。

总的来说，现有工艺制备的各种单层或多层隔膜，因其工艺自身的原因，仍然存在各种固有缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供一种新结构的复合隔膜及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种复合隔膜，包括至少一层干法双向拉伸隔膜和至少一层聚乙烯双向拉伸隔膜，干法双向拉伸隔膜和聚乙烯双向拉伸隔膜层叠或交叉层叠复合成两层或多层的复合隔膜。其中，交叉层叠是指所形成的两层或多层的复合隔膜中，相邻两层一层为干法双向拉伸隔膜，一层为聚乙烯双向拉伸隔膜。