极薄高强锂离子电池隔膜及其制备方法与流程

本发明属于电池，具体来说涉及一种极薄高强锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池隔膜是锂电池至关重要的组件，在电池中作为绝缘层起着隔离正负极材料的作用，同时为锂离子的迁移提供通道。随着隔膜制备技术创新迭代，隔膜的轻薄化和功能化成为主流的发展趋势。厚度越薄的锂离子电池隔膜的内阻越小、离子电导率越高，且在锂离子电芯中占据的体积空间越小，最符合高倍率、高容量锂电池对隔膜的适配需求。但隔膜在轻薄化过程中由于厚度逐渐变薄，导致其抗穿刺强度变低，安全性变差，在电池应用端造成严重的安全事故，是一项至关重要的瓶颈问题。目前隔膜行业内主流产品的厚度为7～12um，将厚度低于7um以下的称为极薄隔膜，极薄隔膜的针刺强度很低，均约在3n以下，单位微米强度在0.5n/um以内。故如何突破极薄隔膜的强度瓶颈，是隔膜轻薄化的必由之路。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种极薄高强锂离子电池隔膜。

2、本发明的另一目的在于提供上述极薄高强锂离子电池隔膜的制备方法，该制备方法由熔体流延的高倍率拉伸和成核剂的加入实现产品结晶度的双重提高，同时初步实现电池隔膜厚度薄化。

3、本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

4、一种极薄高强锂离子电池隔膜，由成核剂、超高分子量聚乙烯粉料、抗氧化剂和成孔剂制备而成，按质量份数计，所述成核剂、超高分子量聚乙烯粉料、抗氧化剂和成孔剂的比为(0.1～1)：(15～35)：(0.01～0.1)：(65～85)，其中，成核剂为庚二酸和硬脂酸钙的混合物，按质量份数计，庚二酸和硬脂酸钙的比为(0.5～4)：(1～4.5)，优选为(0.8～3.8)：(1.2～4.2)。

5、在上述技术方案中，按质量份数计，所述成核剂、超高分子量聚乙烯粉料、抗氧化剂和成孔剂的比为(0.3～1)：(20～30)：(0.01～0.05)：(73～75)。

6、在上述技术方案中，所述超高分子量聚乙烯粉料的重均分子量为400～500万。

7、在上述技术方案中，所述成孔剂为白油和/或对苯二甲酸二辛酯(dotp)。

8、在上述技术方案中，所述抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧化剂1010)。

9、上述极薄高强锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

10、步骤1，将成核剂、超高分子量聚乙烯粉料、抗氧化剂和成孔剂混合，搅拌至均匀，得到预混原料；

11、在步骤1中，所述搅拌的温度为60～110℃，搅拌的转速为40～60rpm，搅拌的时间为20～40min。

12、步骤2，将所述预混原料注入挤出机，加热，得到热力学单相熔体，将热力学单相熔体进行熔体流延，得到结晶铸片，其中，所述熔体流延中激冷辊的线速度与热力学单相熔体进行熔体流延时流速的比值为5～50，线速度的单位为m/min，流速的单位为m/min；

13、在步骤2中，加热的时间为30～60s，加热的温度为170～230℃，优选为170～210℃。

14、在步骤2中，所述熔体流延中激冷辊的温度为15～25℃。

15、在步骤2中，所述挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆转速为100～240rpm，螺杆长径比为56～68。

16、在步骤2中，熔体流延时热力学单相熔体的温度为180-220℃。

17、步骤3，将结晶铸片经纵向拉伸和第一次横向拉伸，得到薄膜，萃洗，干燥，得到前驱体，将前驱体进行第二次横向拉伸，回缩，热定型，得到极薄高强锂离子电池隔膜。

18、在步骤3中，所述纵向拉伸和第一次横向拉伸的拉伸倍率各为5～15倍，所述纵向拉伸为于80～120℃以25～250％/s的速度拉伸。

19、在步骤3中，所述第一次横向拉伸为于110～140℃以10～150％/s的速度拉伸。

20、在步骤3中，所述萃洗为于25～55℃的萃取剂中萃洗60～240s，所述萃取剂为二氯甲烷溶液，二氯甲烷溶液中二氯甲烷的浓度＞99％。

21、在步骤3中，所述干燥的温度为40～110℃，干燥的时间为10～40s。

22、在步骤3中，所述第二次横向拉伸为于120～150℃以2～30％/s的速度拉伸至1.2～2倍。

23、在步骤3中，所述回缩为于120～150℃的温度以0.5～5％/s的速度加热回缩，加热回缩的倍率为5～25％。

24、在步骤3中，所述热定型的温度为80～120℃，热定型的时间为5～50s。

25、与现有技术相比，本发明有益效果在于：

26、1.本发明提供一种极薄高强锂离子电池隔膜的制备方法，该方法通过使用超高分子聚乙烯粉料、成核剂异相结晶、高倍率流延拉伸，多重效应提高薄膜的结晶度，同时实现隔膜的薄化，制得高强极薄锂离子电池隔膜；

27、2.本发明制备所得极薄高强锂离子电池隔膜的厚度在0.54～5.26um，孔隙率在45.6～51.5％，平均孔径在42.1～50.2nm，离子电导率在2.47～3.24ms/cm，针刺强度在0.83～1.02n/um，离子电导率较常规薄膜(对比例1)提高1.2倍以上，针刺强度均超过0.8n/um，较常规薄膜提高60％以上，使隔膜同时兼具轻薄性和安全性，具有较好的应用前景和经济效益。

技术特征：

1.一种极薄高强锂离子电池隔膜，其特征在于，由成核剂、超高分子量聚乙烯粉料、抗氧化剂和成孔剂制备而成，按质量份数计，所述成核剂、超高分子量聚乙烯粉料、抗氧化剂和成孔剂的比为(0.1～1)：(15～35)：(0.01～0.1)：(65～85)，其中，成核剂为庚二酸和硬脂酸钙的混合物，按质量份数计，庚二酸和硬脂酸钙的比为(0.5～4)：(1～4.5)。

2.根据权利要求1所述的极薄高强锂离子电池隔膜，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯粉料的重均分子量为400～500万。

3.根据权利要求1或2所述的极薄高强锂离子电池隔膜，其特征在于，所述成孔剂为白油和/或对苯二甲酸二辛酯。

4.根据权利要求3所述的极薄高强锂离子电池隔膜，其特征在于，所述抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。

5.如权利要求1～4中任意一项所述极薄高强锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述搅拌的温度为60～110℃，搅拌的转速为40～60rpm，搅拌的时间为20～40min；在步骤2中，所述挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆转速为100～240rpm，螺杆长径比为56～68。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，加热的时间为30～60s，加热的温度为170～230℃，优选为170～210℃；在步骤2中，所述熔体流延中激冷辊的温度为15～25℃；

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，所述纵向拉伸和第一次横向拉伸的拉伸倍率各为5～15倍，所述纵向拉伸为于80～120℃以25～250％/s的速度拉伸；所述第一次横向拉伸为于110～140℃以10～150％/s的速度拉伸；

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，所述萃洗为于25～55℃的萃取剂中萃洗60～240s，所述萃取剂为二氯甲烷溶液，二氯甲烷溶液中二氯甲烷的浓度＞99％。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，所述干燥的温度为40～110℃，干燥的时间为10～40s。

技术总结
本发明公开了一种极薄高强锂离子电池隔膜及其制备方法，极薄高强锂离子电池隔膜的制备方法包括以下步骤：将成核剂、超高分子量聚乙烯粉料、抗氧化剂和成孔剂混合，搅拌至均匀，得到预混原料；将预混原料注入挤出机，加热，得到热力学单相熔体，进行熔体流延，得到结晶铸片，其中，熔体流延中激冷辊的线速度与热力学单相熔体进行熔体流延时流速的比值为5～50，将结晶铸片经纵向拉伸和第一次横向拉伸，萃洗，干燥，进行第二次横向拉伸，回缩，热定型，得到极薄高强锂离子电池隔膜。本发明通过使用超高分子聚乙烯粉料、成核剂异相结晶、高倍率流延拉伸，多重效应提高薄膜的结晶度，同时实现隔膜的薄化，制得高强极薄锂离子电池隔膜。

技术研发人员：袁海朝,徐锋,常红祥,马文献
受保护的技术使用者：河北金力新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15