[发明专利]高孔隙率的高密度聚乙烯锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明属于隔膜领域，涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法。本发明提供一种高密度聚乙烯锂离子电池隔膜的制备方法，包括挤出流延和拉伸，所述拉伸工艺采用单轴逐步拉伸的方法，将取向流延基膜室温条件下以100mm/min～300mm/min的拉伸速率沿流延方向拉伸10％～60％的应变量，于120℃～130℃下热定型；随后冷却至室温继续沿着流延方向以与第一次相同的拉伸速率拉伸相同的应变量；后于80℃～100℃沿流延方向以30mm/min～50mm/min的拉伸速度拉伸30％～150％的应变量，在120℃～130℃进行热固定；最后冷却得锂离子电池隔膜。所得隔膜孔隙率高，孔径大小均一，微孔分布均匀。

技术领域

本发明属于锂电池隔膜加工领域，具体涉及一种单轴拉伸制备锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

目前，全球面临着能源短缺与环境恶化的问题，为了满足能源的需求和减少对化石能源的依赖，世面上已经出现了很多可持续的、环境友好的能量存储技术，如机械类储能、电气类储能、电化学类储能、热储能和化学类储能。其中，电池是一种电化学类储能，它的发展对资源的可持续与可再生有着重要的影响作用。与其他二次电池相比，锂电池具有以下优势：比能量高，锂离子电池的比能量密度高达160Wh/kg；工作电压高，可以达到3.6V左右；电池阻抗低，每个电池的阻抗最低可达25mΩ；循环寿命长：电池经过活化后，库伦效率接近100％，通常循环寿命大于1000次；快速充电时间短：锂离子电池的快速充电时间少于1h，可以有效节约时间，提高效率；无环境污染：电池高度封闭，且电池材料中不含有毒重金属元素，是一种绿色电池；自放电损失少：锂离子电池的每月自放电损失低于10％；无记忆效应：锂离子电池可以长期彻底充放电，不会影响电池内部结构，降低电池容量。

一个标准的锂离子电池主要包含正极、负极、隔膜、电解液及电池外壳这五部分，其中电池隔膜主要有3个作用：(1)隔绝正负极，防止物理接触(2)提供锂离子自由传输的通道(3)隔离电子流。此外，对于隔膜的安全性，隔膜应该能够在过热时关闭电池，避免短路而引发热失控。关闭功能可以通过设计多层隔膜来获得，其中至少一层膜能够在热失控温度以下闭孔，其他层则提供足够的机械强度以防止电极的物理接触电池隔膜。目前商业化制备锂离子电池隔膜的方法主要有干法和湿法，其中湿法主要采用热致相分离法制备，其产品的孔隙率高，孔径分布均匀，可成型超高分子量聚乙烯，多用于高端锂离子电池隔膜领域，但由于在萃取阶段需使用大量有机溶剂，会对环境造成危害；干法主要采用硬弹性体分离的原理，有单轴拉伸和双轴拉伸两种，干法制备隔膜不需要使用溶剂，对环境没有污染，但是这种方法仅适用于能够结晶的聚合物。干法单轴拉伸的产品中存在大量微孔孔径大小不一，分布不均，微孔数量较少等问题，会造成局部电阻过大或过小，不稳定的电流分布导致负极产生锂枝晶，使电池性能受到了极大地影响。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种高密度聚乙烯锂离子电池隔膜的制备方法，与普通干法单轴拉伸得到的隔膜相比，本发明方法最终获得的HDPE电池隔膜具有孔隙率高，孔径大小均一，微孔分布均匀等特点。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种高密度聚乙烯锂离子电池隔膜的制备方法，包括挤出流延和拉伸，其中，所述拉伸工艺采用单轴逐步拉伸的方法，具体为：先将通过挤出流延制得的取向流延基膜在室温条件下，以100mm/min～300mm/min的拉伸速率沿着流延方向拉伸10％～60％的应变量得到初始微孔，再于120℃～130℃下通过热定型固定初始微孔；随后冷却至室温，再继续沿着流延方向以与第一次相同的拉伸速率拉伸相同的应变量；然后于80℃～100℃沿着流延方向以30mm/min～50mm/min的拉伸速度拉伸30％～150％的应变量，随后在120℃～130℃进行热固定；最后冷却得高密度聚乙烯锂离子电池隔膜。

进一步，所述取向流延基膜指高密度聚乙烯树脂通过挤出流延工艺制得的高度取向的流延基膜，其中，高度取向指取向度不低于0.3。

进一步，在120℃～130℃下热定型5min～20min固定初始微孔。