一种高性能锂电池隔膜及其制备方法与流程

1.本发明涉及新能源电池技术领域，具体为一种高性能锂电池隔膜及其制备方法。


背景技术：

2.锂离子电池市场的爆发增长，强势拉动了上下游材料的生产与开发，对各材料组件的性能也提出了更高的要求。隔膜是锂电池的结构中最关键的内层组件之一，主要作用是将正负极片隔开防止电池短路，同时保证充放电时锂离子的正常通过，保证电池正常工作的作用。隔膜性能的好坏直接影响电池的容量、倍率、寿命以及安全性能。由于制备工艺的不同，隔膜一致性可能差别较大，有些存在闭孔、盲孔现象，直接降低了锂电池容量、充放电循环寿命。此外，隔膜的阻燃性、高温稳定性、力学强度对提高锂离子电池的安全性能有着重要作用。
3.为了应对目前市场要求，本发明开发了一种高性能锂电池隔膜，采用聚苯醚、热塑性弹性体为隔膜的基体材料，可溶于二氯乙烷的高聚物作为造孔剂成功开发了高耐温、高阻燃、高强度、高吸液率隔膜，其制备方法简单能够应用于高端锂电池隔膜的成型加工领域。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高性能锂电池隔膜及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：所述电池隔膜包括如下重量百分比的组分：聚苯醚30
‑
59wt.％、热塑性弹性体1
‑
10wt.％、高聚物造孔剂40
‑
60wt.％。
6.进一步的，所述的聚苯醚熔体流动速率0.1
‑
2g/min，热变形温度＞160℃，熔点＞240℃。
7.进一步的，所述热塑性弹性体为聚乙烯丁烯共聚物、苯乙烯
‑
丁二烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯
‑
丁二烯嵌段共聚物、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物、乙烯
‑
乙烯醇共聚物中的一种或几种，熔体流动速率的0.1
‑
1.5g/min。
8.进一步的，所述高聚物造孔剂为聚己内酯，熔体流动速率0.01
‑
1.5g/min、熔点＞40℃。
9.一种高性能锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤；
10.(1)将聚苯醚、热塑性弹性体、高聚物造孔剂粒子各自在液氮粉碎机中粉碎，粉碎完成后，干燥备用；
11.(2)将步骤(1)得到的聚苯醚、热塑性弹性体、高聚物造孔剂，混合搅拌，制得混合料；
12.(3)将步骤(2)制得的混合料投入挤出机，经模口流延，冷却辊定型，制成流延膜片；
13.(4)将步骤(3)制得的流延膜片先进行纵向拉伸，再进行横向拉伸，拉伸完毕后，用
二氯甲烷洗涤、高温定型、收卷，制得高性能锂电池隔膜。
14.进一步的，一种高性能锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤；
15.(1)将聚苯醚、热塑性弹性体、高聚物造孔剂粒子各自在液氮粉碎机中粉碎，粉碎完成后，在温度为30
‑
150℃、真空度≤
‑
50kpa条件下，干燥1
‑
10h，备用；
16.(2)将步骤(1)得到的聚苯醚、热塑性弹性体、高聚物造孔剂，混合搅拌0.5
‑
2h，搅拌转速50
‑
200rpm、搅拌温度15
‑
30℃，制得混合料；
17.(3)将步骤(2)制得的混合料投入挤出机，经模口流延，冷却辊温度为20
‑
40℃条件下定型，制成流延膜片；
18.(4)将步骤(3)制得的流延膜片在温度为150
‑
230℃下纵向拉伸，保持温度为 150
‑
230℃再进行横向拉伸，拉伸完毕后，用二氯甲烷洗涤、温度为150
‑
250℃条件下定型、收卷，制得高性能锂电池隔膜。
19.进一步的，所述步骤(1)中所述聚苯醚、热塑性弹性体、高聚物造孔剂的粉末粒径为1
‑
50um。
20.进一步的，所述步骤(3)中挤出机温度为150
‑
280℃，转速为50
‑
200rpm，挤出量为 150
‑
400kg/h。
21.进一步的，所述步骤(4)所得流延膜片的纵向拉伸倍率2
‑
8倍，横向拉伸倍率为2
‑
12 倍。
22.本发明的目的在于提供一种高性能锂电池隔膜的制备方法，本发明的锂电池隔膜可应用于高端动力电池领域，选用高耐温、高阻燃、高强度的聚苯醚作为隔膜的主要基体材料，通过添加热塑性弹性体赋予隔膜良好的弹性，使用可溶于二氯甲烷的高聚物作为造孔剂，通过挤出共混技术，高聚物造孔剂分散在隔膜基材中形成特殊的分散相结构。采用流延技术制备出流延膜片，再经过纵向、横向高倍率拉伸提高力学强度，经二氯甲烷洗涤形成微孔结构，再经过热定型进一步提高性能，最后经收卷后得到一种高性能锂电池隔膜。
23.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
24.(1)本发明采用高聚物造孔剂溶解于二氯甲烷成孔，其微孔具有连通性好，无盲孔、孔径分布均一的优点，克服了传统热致相分离法制备微孔隔膜容易形成封闭的胞腔状孔结构的缺陷。
25.(2)本发明采用高聚物造孔剂进行成孔，与传统的使用油状小分子相比，具有低挥发、易回收的优点，能够有效改善隔膜的生产环境，降低生产成本。
26.(3)本发明在制备高性能锂电池隔膜时，使用聚苯醚作为隔膜的主要基体材料，通过添加热塑性弹性体赋予隔膜良好的弹性。与传统的聚烯烃材质隔膜相比，具有高阻燃、高耐热、高强度、高吸液率的特点，极大提升了锂电池的使用性能和安全性能，其制备方法简单，可应用于高端锂电池隔膜的成型加工领域。
具体实施方式
27.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例1
29.原料准备：聚苯醚50g、热塑性弹性体为乙烯
‑
乙烯醇共聚物5g、聚已内酯45g。
30.高性能锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤；
31.(1)将聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯各自在液氮粉碎机中粉碎至粒径为 30μm，粉碎完成后；聚苯醚在温度为150℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h、乙烯
‑ꢀ
乙烯醇共聚物在温度为100℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h、聚已内酯在温度为 40℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h，备用；
32.(2)将步骤(1)得到的聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯，混合搅拌1h，搅拌转速150rpm、搅拌温度30℃，制得混合料；
33.(3)将步骤(2)制得的混合料投入挤出机，挤出机温度为265℃，转速为100rpm，挤出量为400kg/h；经模口流延，冷却辊温度为30℃条件下定型，制成流延膜片；
34.(4)将步骤(3)制得的流延膜片在温度为230℃下纵向拉伸、纵向拉伸倍率6倍，保持温度为230℃再进行横向拉伸、横向拉伸倍率为6倍，拉伸完毕后，用二氯甲烷洗涤、温度为250℃条件下定型、收卷，制得高性能锂电池隔膜。
35.实施例2
36.原料准备：聚苯醚45g、热塑性弹性体为乙烯
‑
乙烯醇共聚物5g、聚已内酯50g。
37.高性能锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤；
38.(1)将聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯各自在液氮粉碎机中粉碎至粒径为 30μm，粉碎完成后；聚苯醚在温度为150℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h、乙烯
‑ꢀ
乙烯醇共聚物在温度为100℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h、聚已内酯在温度为 40℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h，备用；
39.(2)将步骤(1)得到的聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯，混合搅拌1h，搅拌转速150rpm、搅拌温度30℃，制得混合料；
40.(3)将步骤(2)制得的混合料投入挤出机，挤出机温度为265℃，转速为100rpm，挤出量为400kg/h；经模口流延，冷却辊温度为30℃条件下定型，制成流延膜片；
41.(4)将步骤(3)制得的流延膜片在温度为230℃下纵向拉伸、纵向拉伸倍率6倍，保持温度为230℃再进行横向拉伸、横向拉伸倍率为6倍，拉伸完毕后，用二氯甲烷洗涤、温度为250℃条件下定型、收卷，制得高性能锂电池隔膜。
42.实施例3
43.原料准备：聚苯醚35g、热塑性弹性体为乙烯
‑
乙烯醇共聚物5g、聚已内酯60g。
44.高性能锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤；
45.(1)将聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯各自在液氮粉碎机中粉碎至粒径为 30μm，粉碎完成后；聚苯醚在温度为150℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h、乙烯
‑ꢀ
乙烯醇共聚物在温度为100℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h、聚已内酯在温度为 40℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h，备用；
46.(2)将步骤(1)得到的聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯，混合搅拌1h，搅拌转速150rpm、搅拌温度30℃，制得混合料；
47.(3)将步骤(2)制得的混合料投入挤出机，挤出机温度为265℃，转速为100rpm，挤出量为400kg/h；经模口流延，冷却辊温度为30℃条件下定型，制成流延膜片；
48.(4)将步骤(3)制得的流延膜片在温度为230℃下纵向拉伸、纵向拉伸倍率6倍，保持温度为230℃再进行横向拉伸、横向拉伸倍率为6倍，拉伸完毕后，用二氯甲烷洗涤、温度为250℃条件下定型、收卷，制得高性能锂电池隔膜。
49.实施例4
50.原料准备：聚苯醚40g、热塑性弹性体为乙烯
‑
乙烯醇共聚物10g、聚已内酯50g。
51.高性能锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤；
52.(1)将聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯各自在液氮粉碎机中粉碎至粒径为 40μm，粉碎完成后，在温度为90℃、真空度为
‑
100kpa条件下，干燥7h，备用；
53.(2)将步骤(1)得到的聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯，混合搅拌0.5
‑
2h，搅拌转速180rpm、搅拌温度30℃，制得混合料；
54.(3)将步骤(2)制得的混合料投入挤出机，挤出机温度为230℃，转速为90rpm，挤出量为300kg/h；经模口流延，冷却辊温度为20℃条件下定型，制成流延膜片；
55.(4)将步骤(3)制得的流延膜片在温度为150℃下纵向拉伸、纵向拉伸倍率6倍，保持温度为150℃再进行横向拉伸、横向拉伸倍率为6倍，拉伸完毕后，用二氯甲烷洗涤、温度为200℃条件下定型、收卷，制得高性能锂电池隔膜。
56.实施例5
57.原料准备：聚苯醚45g、热塑性弹性体为乙烯
‑
乙烯醇共聚物5g、聚已内酯50g。
58.(1)将聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯各自在液氮粉碎机中粉碎至粒径为 40μm，粉碎完成后，在温度为90℃、真空度为
‑
100kpa条件下，干燥7h，备用；
59.(2)将步骤(1)得到的聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯，混合搅拌0.5
‑
2h，搅拌转速180rpm、搅拌温度30℃，制得混合料；
60.(3)将步骤(2)制得的混合料投入挤出机，挤出机温度为230℃，转速为90rpm，挤出量为300kg/h；经模口流延，冷却辊温度为20℃条件下定型，制成流延膜片；
61.(4)将步骤(3)制得的流延膜片在温度为150℃下纵向拉伸、纵向拉伸倍率2倍，保持温度为150℃再进行横向拉伸、横向拉伸倍率为2倍，拉伸完毕后，用二氯甲烷洗涤、温度为200℃条件下定型、收卷，制得高性能锂电池隔膜。
62.实施例6
63.原料准备：聚苯醚45g、热塑性弹性体为乙烯
‑
乙烯醇共聚物5g、聚已内酯50g。
64.高性能锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤；
65.(1)将聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯各自在液氮粉碎机中粉碎至粒径为30μm，粉碎完成后；聚苯醚在温度为150℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h、乙烯
‑
乙烯醇共聚物在温度为100℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h、聚已内酯在温度为40℃、真空度为
‑
50kpa的条件下干燥10h，备用；
66.(2)将步骤(1)得到的聚苯醚、乙烯
‑
乙烯醇共聚物、聚已内酯，混合搅拌1h，搅拌转速150rpm、搅拌温度30℃，制得混合料；
67.(3)将步骤(2)制得的混合料投入挤出机，挤出机温度为265℃，转速为100rpm，挤出量为400kg/h；经模口流延，冷却辊温度为30℃条件下定型，制成流延膜片；
68.(4)将步骤(3)制得的流延膜片在温度为230℃下纵向拉伸、纵向拉伸倍率8倍，保持温度为230℃再进行横向拉伸、横向拉伸倍率为8倍，拉伸完毕后，用二氯甲烷洗涤、温度
为250℃条件下定型、收卷，制得高性能锂电池隔膜。
69.对比例1
70.对比例1是某公司使用湿法与涂敷工艺生产的超高分子量聚乙烯氧化铝陶瓷涂层隔膜。
71.试验例
72.取上述实施例1
‑
6以及对比例1制备的隔膜，采用万能力学测试仪测试拉伸强度、断裂伸长率；采用称重法测试孔隙率和吸液率；采用真空烘箱干燥机测试热收缩率，测试温度120℃，时间30min；采用极限燃烧测试仪测试极限氧指数，测试结果见表1；
[0073][0074][0075]
表1
[0076]
由表1可看出实施例1
‑
6制得的高性能锂电池隔膜与对比例1相比，电池隔膜的强度、韧性、阻燃性能、耐热、吸收率有明显的性能优势。实施例1
‑
3相比，在制备方法相同的情况下，提高聚已内酯的用量，隔膜孔隙率明显提高。实施例2与实施例4相比，提高乙烯
‑
乙烯醇共聚物的用量，隔膜的断裂伸长率明显提高。实施例5和实施例2相比，在用量组分相同的情况下，降低拉伸倍率隔膜的拉伸强度降低。
[0077]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。