[发明专利]一种复合微多孔膜及其制备方法

说明书

本申请涉及一种复合微多孔膜。通过将改性的纳米纤维素纤维作为增强剂填充到聚烯烃基体中，本申请得到了一种超薄、高强度的聚烯烃/纳米纤维素纤维复合微多孔膜，与现有的复合微多孔膜相比，本申请的复合微多孔膜更能够满足对微多孔膜的厚度均匀性、超薄和高强度有较高要求的应用，特别适合用于动力锂离子电池及智能手机等消费领域的锂离子电池中。本申请还涉及所述复合微多孔膜的制备方法及生产装置。

技术领域

本发明涉及一种复合微多孔膜，尤其是锂离子电池用复合微多孔膜，及其制备方法。

背景技术

聚烯烃微多孔膜用于电池用隔膜、电解电容器用隔膜、超滤膜、微滤膜及医用膜等各种用途。但缺点是超薄聚烯烃微多孔膜强度较差，在将聚烯烃微多孔膜作为间隔膜与电极一起高张力卷绕时容易发生断裂。现有技术尚不能生产超薄高强度隔膜。

天然纤维素纤维具有绿色环保、高强度、低价、产量大等优点，因此，其作为聚烯烃的增强剂具有极大的优势。但是，天然纳米纤维素纤维制备工艺复杂，而且，纤维表面的极性羟基使其具有亲水性，与憎水性的非极性聚烯烃材料很难相溶。

在日本专利号JP200704584A1中，公开了一种纤维素和聚烯烃复合材料的制备方法，该方法采用加压和粉碎等措施将几丁质、木材等非热可塑性天然高分子和热可塑性的聚烯烃混合制备复合膜。但是，在这个复合膜中，作为非热可塑性天然高分子只是使用通常的纤维素，而且复合膜的强度很低。

在Journal of Materials Science,June.1999,Volume 34,Issue 12,pp2903–2910(R.Park,J.Jang,Performance improvement of carbon fiber/polyethylene fiberhybrid composites)中，公开了一种碳纤维/聚乙烯(PE)混杂纤维复合材料的制备方法，并使用该方法制备了碳纤维/聚乙烯复合材料。与未处理的复合材料相比，该碳纤维/聚乙烯复合材料的强度表现出较大的增加。但是碳纤维不是天然素材，存在不能自然降解及成本较高的问题。

发明内容

上述文献中均公开了聚烯烃/纤维素复合材料，但是其中公开的方法存在着下述缺陷：纤维素材料生产工艺复杂，而且有些方法对环境存在严重的污染。另外，由于自身结构特点，纳米纤维素纤维既不能溶融，又不能溶于有机溶剂，这些问题严重限制了纳米纤维素纤维在复合微多孔膜中的应用。

本申请的目的在于提供一种工艺简单、清洁高效的纳米纤维素纤维的制备方法。

本申请的另一个目的在于提供一种超薄、高强度聚烯烃/纳米纤维素纤维复合微多孔膜的制备方法。

本发明的还一个目的在于提供一种超薄、高强度聚烯烃/纳米纤维素纤维复合微多孔膜，该复合微多孔膜的孔隙率高、超薄、高强度且具有好的厚度均匀性，能够提高电池性能和降低电池成本。

本发明的还一个目的在于提供一种超薄、高强度聚烯烃/纳米纤维素纤维复合微多孔膜的生产装置。

为了实现上述目的，本发明人在现有技术的基础上研究了纳米纤维素纤维的材料特性及生产工艺，并对纳米纤维素纤维进行了改性，提高了其疏水性，从而使纳米纤维素纤维能够均匀地分散在有机溶剂中，并且可以与憎水性的非极性聚烯烃材料很好的相溶，从而可以将改性的纳米纤维素纤维作为增强剂填充到聚烯烃基体中得到高强度的聚烯烃/纳米纤维素纤维复合微多孔膜。

另外，本发明人还对图1所示的现有湿法异步拉伸聚烯烃/纳米纤维素纤维复合隔膜制造工艺进行了系统性研究，对所采用的基材组成、生产装置及生产工艺进行了优化。结果发现，通过在萃取、干燥步骤后再次进行拉伸，可以成功的提高所得复合微多孔膜的特性，提供一种厚度均匀、质量稳定的超薄、高强度复合微多孔膜，该复合微多孔膜具有5～100μm的厚度，100～600秒/100cc的透气性，和20％～70％的孔隙率。