一种耐热隔膜及其制备方法与流程

本发明属于锂电池隔膜制造领域，主要应用于锂离子电池、超级电容器等新能源行业，具体涉及一种耐热隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、隔膜作为锂离子电池体系中关键主材，主要起到隔绝正、负极，防止短路，隔膜的耐热性对电芯制程至关重要，直接影响电池成品率以及使用安全。

2、制备耐热隔膜能够提升电芯在使用过程中由于非正常使用过热导致隔膜收缩引发的正负极短路，提高电芯在消费端的安全性能，因此，急需提供一种能够在高温环境中减少收缩率的隔膜。

技术实现思路

1、通过隔膜结构及生产过程方法创新，设计调整隔膜结构、工艺制备处耐热性隔膜，避免非正常使用过热导致隔膜收缩引发的正负极短路，提高电池的安全性能。

2、本发明的第一个目的是提供一种耐热隔膜，所述耐热隔膜包括基膜和涂覆于基膜至少一侧的涂覆层；所述基膜包括一种或多种聚烯烃成分的聚烯烃树脂；所述涂覆层的厚度为20％≤涂层厚度/基膜厚度×100％≤60％，且基膜厚度≤14μm、涂层厚度≥0.1μm。

3、在某个特殊的实施例中，所述基膜厚度为3～14μm；

4、在某个特殊的实施例中，所述单侧涂层厚度为0.1～6μm。

5、进一步的，所述基膜所得在105℃条件下，1h热收缩md≤5％，td≤5％；所述隔膜105℃条件下，1h热收缩md≤10％，td≤10％。

6、进一步的，所述隔膜的纵向张力＜150n/m，横向张力小于100n/m。

7、优选的，所述聚烯烃树脂的分子量均值为60～150万；优选的，所述聚烯烃树脂为聚乙烯。

8、进一步的，所述涂覆层包括无机陶瓷颗粒、有机聚合物材料的一种或多种的组合。

9、进一步的，所述无机陶瓷颗粒选自氧化铝、勃姆石、碳酸钙、水滑石、蒙脱土、尖晶石、莫来石、二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氢氧化镁、氮化硼、氮化硅、氮化铝、氮化钛、碳化硼、碳化硅、碳化锆中的一种或几种；

10、所述有机聚合物材料为聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、芳纶、芳砜纶、聚偏二氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯等有机粉料或悬浮液中的一种或几种。

11、进一步的，所述隔膜的水分≤1500ppm；优选的，隔膜的水分＜1000ppm。

12、本发明的第二个目的是提供一种耐热隔膜的制备方法，至少包括以下步骤:将涂覆浆料，涂覆至所述基膜的至少一侧，烘干，获得所述耐热隔膜；所述烘干温度为10℃×涂层厚(μm)≤烘干温度≤基膜熔点温度-20℃，且烘干温度＞30℃，烘干时间＞5s。

13、进一步的，所述涂覆层的厚度为20％≤涂层厚度/基膜厚度×100％≤60％，且基膜厚度≤14μm、涂层厚度≥0.1μm。

14、进一步的，所述基膜的制备方法为：

15、(1)挤出：将稀释剂与聚烯烃树脂在挤出机中加热熔融，形成均匀的混合熔体；

16、(2)成型：将(1)得到的混合熔体流出到流延辊降温，进行相分离，冷却成型，制得膜片，所述膜片纵向张力＜300n/m；

17、(3)双向拉伸：将(2)制得的膜片加热，进行双向拉伸，使分子链取向；

18、(4)萃取：用萃取剂洗脱步骤(3)经双向拉伸的膜片中残留的稀释剂；

19、(5)干燥：将(4)萃取后的膜进行烘干，使得膜片纵向张力＜500n/m；

20、(6)横向拉伸：将步骤(5)得到的烘干后的膜进行横向拉伸，并定型、回缩，获得基膜。

21、进一步的，所述涂覆浆料包括无机陶瓷涂覆材料、有机聚合物材料中的一种或多种的组合。

22、进一步的，步骤(1)所述稀释剂为石蜡油，稀释剂的质量占比为70％～85％，聚烯烃树脂的质量占比为15％～30％。

23、进一步的，步骤(3)所述双向拉伸为将膜片面积增加至25～225倍。

24、进一步的，步骤(4)所述萃取剂为二氯甲烷。

25、进一步的，步骤(5)所述干燥后得到的膜片水分≤1500ppm；优选的，膜片水分＜1000ppm。

26、进一步的，步骤(5)烘干过程采用剪辊给予膜在td方向加持力，每个剪辊给予膜在td方向的加持力＞1n，膜横向两侧对称剪辊数量≥2个。

27、进一步的，步骤(6)所述横向拉伸和定型的温度均≥步骤(3)双向拉伸温度+3℃。

28、进一步的，步骤(6)所述基膜所得在105℃条件下、1h热收缩md≤5％，td≤5％。

29、本发明技术方案具有以下有益效果：

30、制备耐热隔膜能够提升电芯在使用过程中由于非正常使用过热导致隔膜收缩引发的正负极短路，确保150℃、1h热收缩md≤10％，td≤10％，提高电芯在消费端的安全性能。

技术特征：

1.一种耐热隔膜，其特征在于，所述耐热隔膜包括基膜和涂覆于基膜至少一侧的涂覆层；所述基膜包括一种或多种聚烯烃成分的聚烯烃树脂；所述涂覆层的厚度为20％≤涂层厚度/基膜厚度×100％≤60％，且基膜厚度≤14μm、涂层厚度≥0.1μm。

2.根据权利要求1所述的耐热隔膜，其特征在于，所述基膜所得在105℃条件下，1h热收缩md≤5％，td≤5％；所述隔膜105℃条件下，1h热收缩md≤10％，td≤10％。

3.根据权利要求1所述的耐热隔膜，其特征在于，所述隔膜的纵向张力＜150n/m，横向张力小于100n/m。

4.根据权利要求1所述的耐热隔膜，其特征在于，所述据聚烯烃树脂包括一种或多种聚烯烃成分，优选的，所述聚烯烃树脂的分子量均值为60～150万；优选的，所述聚烯烃树脂为聚乙烯。

5.根据权利要求1所述的耐热隔膜，其特征在于，所述涂覆层包括无机陶瓷颗粒、有机聚合物材料的一种或多种的组合。

6.根据权利要求4所述的耐热隔膜，其特征在于，所述无机陶瓷颗粒选自氧化铝、勃姆石、碳酸钙、水滑石、蒙脱土、尖晶石、莫来石、二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氢氧化镁、氮化硼、氮化硅、氮化铝、氮化钛、碳化硼、碳化硅、碳化锆中的一种或几种；

7.根据权利要求1所述的耐热隔膜，其特征在于，所述隔膜的水分≤1500ppm；优选的，隔膜的水分＜1000ppm。

8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的耐热隔膜的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤:将涂覆浆料，涂覆至所述基膜的至少一侧，烘干，获得所述耐热隔膜；所述烘干温度为10℃×涂层厚(μm)≤烘干温度≤基膜熔点温度-20℃，且烘干温度＞30℃，烘干时间＞5s。

9.根据权利要求8所述耐热隔膜的制备方法，其特征在于，所述基膜的制备方法为：

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆浆料为无机陶瓷涂覆材料、有机聚合物材料中的一种或多种的组合。

11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述稀释剂为石蜡油，稀释剂的质量占比为70％～85％，聚烯烃树脂的质量占比为15％～30％。

12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述双向拉伸为将膜片面积增加至25～225倍。

13.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)所述横向拉伸和定型的温度均≥步骤(3)双向拉伸温度+3℃。

技术总结
为解决高温环境中减少电池隔膜收缩率的技术问题，本发明提供一种耐热隔膜及其制备方法，所述制备方法包括：挤出；成型；双向拉伸；萃取；干燥；横向拉伸，获得基膜；涂覆：取涂覆浆料，涂覆至基膜的至少一侧，获得所述耐热隔膜。制备耐热隔膜能够提升电芯在使用过程中由于非正常使用过热导致隔膜收缩引发的正负极短路，确保150℃、1h热收缩MD≤10％，TD≤10％，提高电芯在消费端的安全性能。

技术研发人员：董秋春,张艳晶,白世顺,吴奇阳,杨光辉,徐梦,张影,张绪杰,刘杲珺,白耀宗,王荐
受保护的技术使用者：中材锂膜有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17