本发明涉及一种电池隔膜，具体涉及一种耐高温聚萘酯微孔隔膜及其制备方法。
背景技术：
锂离子电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料，是电池中非常关键的部分，它的主要作用是隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过，让电解质液中的离子在正负极之间自由通过。目前，在用作锂离子电池隔膜的材料中，聚乙烯或聚丙烯占主导地位。这类材料不仅来源广泛、价格便宜，还具有化学惰性，和绝大多数极性电解质都不起化学反应并且不相容，但其缺点是耐热性差，在150℃以上热收缩率超过15％以上，极易造成电极极片外露而短路。即使是耐热性较好的聚丙烯制成的薄膜，其长期使用温度通常不超过120℃，超过该温度后，聚合物薄膜易发生熔体塌缩，从而导致电池内部正负极接触而造成短路，进一步可能会导致灾难性的结果。
随着锂离子电池工业的发展，电池体积越来越小，能量和功率密度越来越高，这就要求组成电池的聚合物隔膜材料具有更好的耐热性。与聚烯烃类材料相比，聚酯材料同样具有优异的电绝缘性、耐电解液腐蚀性和电化学稳定性，此外还具有更高的力学性能和热稳定性能。现有技术中，已有采用聚酯作为锂电池隔膜材料的相关报道，如公开号为CN102969470A的发明专利，公开了一种聚酯类锂离子电池隔膜及其制备方法，它是先将无机填充粒子与聚酯(包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN))制备成聚酯母料；再将所得母料与多孔性聚酯薄膜的原料按计量份混和，通过双向拉伸工艺制成聚酯基膜；再用有机溶剂处理所得的聚酯基膜，使所述无机填充粒子发生相分离析出基膜，以得到所述的聚酯类锂离子电池隔膜。该发明采用聚酯材料作为基体，聚酯材料具有更高的力学性能和尺寸稳定性；以SiO2、CaCO3等作为填充粒子，通过调整无机填充颗粒的大小、形状及其重量百分含量，以实现对隔膜孔的形状和孔隙率的调节，虽然所得多孔性聚酯薄膜具有较高的拉伸强度和耐穿刺强度，但从其说明书中给出的数据来看，其机械性能等还不够理想；另一方面，该发明采用在聚酯类树脂中加入无机填料成孔的方法制备聚酯微孔隔膜，而无机填料的加入使得本身粘度就大的熔体粘度变得更大，这会增加加工难度，导致混合不均匀，并致使所得隔膜品质不均一以及由此所致的针孔形成。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种收缩率低、拉伸强度和熔破温度更高的耐高温聚萘酯微孔隔膜及其制备方法。
本发明所述的耐高温聚萘酯微孔隔膜，它由以下重量百分比的组分制成：
聚萘二甲酸乙二醇酯35～64.9％、超高分子量聚乙烯0～20％、成孔剂35～44.5％、抗氧化剂0.1～0.5％；其中：
所述聚萘二甲酸乙二醇酯的平均分子量为2×104～3.5×104，熔点为250～270℃，玻璃化转变温度为110～130℃，特性粘度为0.8～1.2dL/g；
所述超高分子量聚乙烯的平均分子量为1.5×106～2.5×106。
本发明通过选取具有特定分子量、玻璃化转变温度和特性粘度参数的聚萘二甲酸乙二醇酯树脂与超高分子量聚乙烯、成孔剂和抗氧化剂进行组配，使制得的聚萘酯微孔隔膜的耐高温性能和机械强度明显提高，其熔破温度≥220℃，150℃时的纵向热收缩率≤2.0％，纵向拉伸强度≥170MPa，可在160～180℃下长期使用。
上述技术方案中，优选选用平均分子量为2.5×104～3.0×104，熔点为255～265℃，玻璃化转变温度为115～125℃，特性粘度为0.85～1.10dL/g的聚萘二甲酸乙二醇酯，以进一步提高所得隔膜的耐高温性能。
上述技术方案中，各组分的重量百分比优选为：
聚萘二甲酸乙二醇酯40.1～54.8％、超高分子量聚乙烯10～15％、成孔剂35～44.5％、抗氧化剂0.2～0.4％。
上述技术方案中，所述成孔剂的选择与现有技术相同，具体可以是选自正己烷、液体石蜡、邻苯二甲酸酯和甲醇中的一种或两种以上的组合，优选为液体石蜡。当成孔剂的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比为任意配比。
上述技术方案中，所述抗氧剂的选择与现有技术相同，具体可以是选自三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三苯酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和[四β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种或两种以上的组合。当抗氧剂的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比为任意配比。
本发明还提供上述耐高温聚萘酯微孔隔膜的制备方法，包括以下步骤：
1)按配方称取各组分，备用；
2)取聚萘二甲酸乙二醇酯和超高分子量聚乙烯干燥后与抗氧化剂混合均匀，得到混合物；
3)所得混合物与成孔剂混合，经熔融挤出、铸片、双向拉伸、热定型、冷却工序，制得聚萘酯油膜；
4)所得聚萘酯油膜用萃取剂于25～40℃条件下处理10～35s，取出后干燥，即得到所述的耐高温聚萘酯微孔隔膜。
上述制备方法的步骤2)中，聚萘二甲酸乙二醇酯和超高分子量聚乙烯的干燥参数与现有技术相同，通常是在120～150℃下干燥2～6h。该步骤中，可以采用现有技术中常规的技术手段实现干燥后的聚萘二甲酸乙二醇酯和超高分子量聚乙烯与抗氧化剂的均匀混合，本申请中，优选是将它们置于高速分散机中进行高速分散以实现它们的均匀混合，更优选是在1000～3000rpm的转速下高速分散0.5～2h以实现它们的均匀混合。
上述制备方法的步骤3)中，所述熔融挤出的温度通常为270～320℃，铸片温度通常为35～65℃。所述的双向拉伸可以是同步拉伸，拉伸温度为120～140℃，每个方向的拉伸倍率为3～5倍；也可以是分步拉伸，其中纵向拉伸倍率为3～5倍，拉伸温度为120～140℃，横向拉伸倍率为2～4倍，拉伸温度为125～135℃。所述热定型的温度为165～195℃，时间为8～15s；所述冷却工序中冷风温度为10～40℃，时间为5～10s；
上述制备方法的步骤4)中，所述萃取剂的选择与现技术相同，具体可以是选自二氯甲烷、乙醇、二氯乙烷、已烷中的一种或两种以上的组合，优选为二氯甲烷。当萃取剂的选择为上述两种以上的组合时，它们之间的配比为任意配比。
与现有技术相比，本发明的特点在于：
1、通过选取具有特定分子量、玻璃化转变温度和特性粘度参数的聚萘二甲酸乙二醇酯树脂与超高分子量聚乙烯、成孔剂和抗氧化剂进行组配，使制得的聚萘酯微孔隔膜的耐高温性能和机械强度明显提高，其熔破温度≥220℃，150℃时的纵向热收缩率≤2.0％，纵向拉伸强度≥170MPa，可在160～180℃下长期使用。
2、制备方法简单易操作，采用液体成孔剂使得物料的混合更易均匀，避免无机粒子作为成孔剂因混合不均致使所得隔膜品质不均一以及由此所致的针孔形成问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
1)将聚萘二甲酸乙二醇酯(平均分子量为2.0×104，熔点为250℃，玻璃化转变温度为110℃，特性粘度为0.8dL/g)、超高分子量聚乙烯(平均分子量为1.5×106)在120℃下干燥6h，备用；
2)称取经步骤1)干燥后的聚萘二甲酸乙二醇酯35kg、超高分子量聚乙烯20kg与抗氧化剂(亚磷酸三苯酯)0.5kg于高速分散机中1000rpm下高速分散2h，得到混合物；
3)将步骤2)中所得混合物与成孔剂(液体石蜡)44.5kg通过双螺杆挤出机在270℃下熔融挤出，35℃下铸片，120℃下同步拉伸3倍，165℃下热定型8S，冷风温度10℃下冷却5S，制得聚萘酯油膜；
4)用二氯甲烷在25℃下处理步骤3)所得聚萘酯油膜35S，取出，于120℃干燥30min，制得厚度为40μm的耐高温。
对比例1
重复实施例1，不同的是：
步骤2)中，用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(平均分子量为2.0×104，熔点为250℃，玻璃化转变温度为70℃，特性粘度为0.62dL/g)代替聚萘聚萘酯微孔隔膜二甲酸乙二醇酯。
本对比例制得的是厚度为40μm的聚酯微孔隔膜。
对比例2
重复实施例1，不同的是：
步骤2)中，用聚丙烯(PP)(平均分子量为8.0×104，熔点为165℃，玻璃化转变温度为-20℃，特性粘度为2.2dL/g)代替聚萘二甲酸乙二醇酯；
步骤3)中，熔融挤出的温度更改为230℃，双向拉伸更改为150℃下同步拉伸3倍。
本对比例制得的是厚度为40μm的聚丙烯微孔隔膜。
对比例3
重复实施例1，不同的是：
步骤2)中，用高密度聚乙烯(HDPE)(平均分子量为2.5×105，熔点为135℃，玻璃化转变温度为-60℃，特性粘度为0.55dL/g)代替聚萘二甲酸乙二醇酯；
步骤3)中，熔融挤出的温度更改为200℃，双向拉伸更改为110℃下同步拉伸3倍，热定型工艺更改为165℃下热定型8s。
本对比例制得的是厚度为40μm的聚乙烯微孔隔膜。
对比例4
重复实施例1，不同的是：
步骤2)中，用平均分子量为4.0×104，熔点为275℃，玻璃化转变温度为132℃，特性粘度为1.3dL/g的聚萘二甲酸乙二醇酯代替实施例1中的聚萘二甲酸乙二醇酯。
本对比例制得的是厚度为40μm的聚萘酯微孔隔膜。
对比例5
重复实施例1，不同的是：
步骤2)中，用平均分子量为4.5×104，熔点为278℃，玻璃化转变温度为135℃，特性粘度为1.5dL/g的聚萘二甲酸乙二醇酯代替实施例1中的聚萘二甲酸乙二醇酯；用平均分子量为3.0×106的超高分子量聚乙烯代替实施例1中的超高分子量聚乙烯。
本对比例制得的是厚度为40μm的聚萘酯微孔隔膜。
对比例6
重复实施例1，不同的是：
步骤2)中，用平均分子量为1.8×104，熔点为245℃，玻璃化转变温度为102℃，特性粘度为0.6dL/g的聚萘二甲酸乙二醇酯代替实施例1中的聚萘二甲酸乙二醇酯；用平均分子量为1.2×106的超高分子量聚乙烯代替实施例1中的超高分子量聚乙烯。
本对比例制得的是厚度为40μm的聚萘酯微孔隔膜。
实施例2
1)将聚萘二甲酸乙二醇酯(平均分子量为2.3×104，熔点为255℃，玻璃化转变温度为115℃，特性粘度为0.85dL/g)、超高分子量聚乙烯(平均分子量为1.7×106)在125℃下干燥5h，备用；
2)将经步骤1)干燥后的聚萘二甲酸乙二醇酯40kg、超高分子量聚乙烯16kg与抗氧化剂(亚磷酸三苯酯)0.4kg于高速分散机中1400rpm下高速分散0.5h，得到混合物；
3)将步骤2)中所得混合物与成孔剂(液体石蜡)43.6kg通过双螺杆挤出机在275℃下熔融挤出，40℃下铸片，125℃下同步拉伸4倍，170℃下热定型9s，冷风温度15℃下冷却6s，制得聚萘酯油膜；
4)用二氯乙烷在30℃下处理步骤3)所得聚萘酯油膜30s，经125℃干燥25min，制得厚度为45μm的耐高温聚萘酯微孔隔膜。
实施例3
1)将聚萘二甲酸乙二醇酯(平均分子量为2.5×104，熔点为258℃，玻璃化转变温度为118℃，特性粘度为0.9dL/g)、超高分子量聚乙烯(平均分子量为1.9×106)在130℃下干燥4.5h，备用；
2)将经步骤1)干燥后的聚萘二甲酸乙二醇酯45kg、超高分子量聚乙烯12kg与抗氧化剂(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和[四β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯按6：1的质量比的组合)0.35kg于高速分散机中1800rpm下高速分散1.5h，得到混合物；
3)将步骤2)中所得混合物与成孔剂(液体石蜡)42.65kg通过双螺杆挤出机在280℃下熔融挤出，45℃下铸片，120℃下纵向拉伸5倍，135℃下横向拉伸4倍，175℃下热定型10s，冷风温度20℃下冷却7s，制得聚萘酯油膜；
4)用已烷在35℃下处理步骤3)所得聚萘酯油膜25s，经130℃干燥20min，制得厚度为30μm的耐高温聚萘酯微孔隔膜。
实施例4
1)将聚萘二甲酸乙二醇酯(平均分子量为2.75×104，熔点为260℃，玻璃化转变温度为120℃，特性粘度为1.0dL/g)、超高分子量聚乙烯(平均分子量为2.0×106)在135℃下干燥4h，备用；
2)将经步骤1)干燥后的聚萘二甲酸乙二醇酯50kg、超高分子量聚乙烯10kg与抗氧化剂(亚磷酸三苯酯)0.3kg于高速分散机中2000rpm下高速分散1h，得到混合物；
3)将步骤2)中所得混合物与成孔剂(正己烷)39.7kg通过双螺杆挤出机在290℃下熔融挤出，50℃下铸片，130℃下同步拉伸5倍，180℃下热定型12s，冷风温度25℃下冷却8s，制得聚萘酯油膜；
4)用乙醇在40℃下处理步骤(3)所得聚萘酯油膜20s，经135℃干燥15min，制得厚度为35μm的耐高温聚萘酯微孔隔膜。
实施例5
1)将聚萘二甲酸乙二醇酯(平均分子量为2.8×104，熔点为262℃，玻璃化转变温度为123℃，特性粘度为1.05dL/g)、超高分子量聚乙烯(平均分子量为2.2×106)在140℃下干燥3.5h，备用；
2)将经步骤1)干燥后的聚萘二甲酸乙二醇酯55kg、超高分子量聚乙烯8kg与抗氧化剂(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯)0.2kg于高速分散机中2300rpm下高速分散2h，得到混合物；
3)将步骤2)中所得混合物与成孔剂(邻苯二甲酸酯)36.8kg通过双螺杆挤出机在300℃下熔融挤出，55℃下铸片，135℃下同步拉伸3.5倍，185℃下热定型13s，冷风温度30℃下冷却9s，制得聚萘酯油膜；
4)用二氯甲烷和乙醇混合液(质量比为1:1)在35℃下处理步骤3)所得聚萘酯油膜15s，经125℃干燥15min，制得厚度为25μm的耐高温聚萘酯微孔隔膜。
实施例6
1)将聚萘二甲酸乙二醇酯(平均分子量为3.0×104，熔点为265℃，玻璃化转变温度为125℃，特性粘度为1.1dL/g)、超高分子量聚乙烯(平均分子量为2.4×106)在145℃下干燥3h，备用；
2)将经步骤1)干燥后的聚萘二甲酸乙二醇酯60kg、超高分子量聚乙烯5kg与抗氧化剂(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯)0.15kg于高速分散机中2600rpm下高速分散1.5h，得到混合物；
3)将步骤2)中所得混合物与成孔剂(邻苯二甲酸酯)34.85kg通过双螺杆挤出机在310℃下熔融挤出，60℃下铸片，140℃下纵向拉伸3倍，125℃下横向拉伸2倍，190℃下热定型14s，冷风温度35℃下冷却10s，制得聚萘酯油膜；
4)用二氯乙烷和乙醇混合液(质量比为1:1)在30℃下处理步骤3)所得聚萘酯油膜20s，经135℃干燥25min，制得厚度为18μm的耐高温聚萘酯微孔隔膜。
实施例7
1)将聚萘二甲酸乙二醇酯(平均分子量为3.5×104，熔点为270℃，玻璃化转变温度为130℃，特性粘度为1.2dL/g)、超高分子量聚乙烯(平均分子量为2.5×106)在150℃下干燥2h，备用；
2)将经步骤1)干燥后的聚萘二甲酸乙二醇酯64.9kg与抗氧化剂(三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)0.1kg于高速分散机中3000rpm下高速分散1h，得到混合物；
3)将步骤2)中所得混合物与成孔剂(邻苯二甲酸酯和甲醇按1：1的质量比的组合)35kg通过双螺杆挤出机在320℃下熔融挤出，65℃下铸片，140℃下同步拉伸4.5倍，195℃下热定型15s，冷风温度40℃下冷却10s，得聚萘酯油膜；
4)用二氯甲烷和己烷混合液(质量比为1:1)在40℃下处理步骤3)所得聚萘酯油膜10s，经140℃干燥10min，制得厚度为20μm的耐高温聚萘酯微孔隔膜。
对上述各实施例及对比例制得的隔膜的孔隙率、熔破温度、热收缩率、透气率和拉伸强度等参数进行测试，结果如下述表1所示：
表1：
由表1可知，本发明通过选取具有特定分子量、玻璃化转变温度和特性粘度参数的聚萘二甲酸乙二醇酯树脂与超高分子量聚乙烯、成孔剂和抗氧化剂进行组配，使制得的聚萘酯微孔隔膜的耐高温性能和机械强度得到明显提高。