一种耐热型锂电池隔膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及锂电池隔膜技术领域，特别是涉及一种耐热型锂电池隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池广泛应用于电子通讯、储能及动力电源等领域，主要由正极、负极、电解质和电池隔膜构成，其中，电池隔膜是不导电的，位于正极和负极之间，防止正、负极二者因接触而短路，同时允许电解质离子通过，从而产生电流，当前的电池隔膜多为具有微孔结构的聚烯烃膜，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能以及安全性能等特性，性能优异的电池隔膜对提高电池的综合性能具有重要作用。

锂电池隔膜是锂电池的重要组成材料之一，大约占锂电池总成本的10％。虽然锂电池隔膜并不直接参与锂电池充放电时的电化学反应，但隔膜的好坏直接影响了锂电池的安全性能和循环性能等。现有锂离子电池隔膜主要包括聚乙烯和聚丙烯隔膜，成型的方法包括湿法成型及干法成型。目前商业化的锂离子电池的隔膜绝大部分是采用PP或PE为原料，通过单向或双向拉伸制备而成。然而由于聚烯烃材料耐热性差，对锂离子电池的安全性造成一定的影响，而这也在一定程度上制约了相关行业的发展。

由于锂电池隔膜通常是由聚乙烯或者聚丙烯生产出来的，熔点一般为130℃或160℃，耐热性能较差。为了进一步提高锂电池隔膜的耐热性能，需要选择其他耐高温材料，制备成耐高温锂电池隔膜是隔膜行业的研究热点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中聚乙烯隔膜耐热性较差的技术缺陷，而提供一种耐热型锂电池隔膜。

本发明的另一个目的，是提供上述耐热型锂电池隔膜的制备方法。

本发明的另一个目的，是提供上述耐热型锂电池隔膜在锂电池隔膜中的应用。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种耐热型锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将超高分子量聚乙烯、聚芳基苯并咪唑酮、成孔剂和抗氧化剂加热搅拌得混合物，然后所述混合物加热共混形成均相共混物；

所述超高分子量聚乙烯、聚芳基苯并咪唑酮、成孔剂和抗氧化剂的质量比为(20-30)：(1-5)：(60-80)：(0.5-2)。

所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为50-150万。

所述成孔剂为石蜡油、固体石蜡、邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或任意比例的混合；

所述抗氧化剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸酯]和十八烷-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸酯中的一种或任意比例的混合。

采用搅拌罐进行加热搅拌，所述搅拌罐的温度为60℃-100℃；采用双螺杆挤出机进行加热共混，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为30rpm-150rpm，挤出温度为150℃-230℃。

步骤2：将步骤1所述的均相共混物经铸片工艺冷却定型得铸片；

铸片工艺中冷却定型辊的温度为10℃-50℃，冷却定型辊的转动速度为2-10m/min。

步骤3：将步骤2所得铸片依次进行纵向拉伸、一次横向拉伸、萃取、二次横向拉伸得微孔膜；

所述纵向拉伸的温度为90℃-125℃，纵向拉伸的倍率为6-10倍；所述一次横向拉伸的温度为105℃-130℃，一次横向拉伸的倍率为6-10倍；所述萃取的温度为20℃-55℃，萃取溶剂为二氯甲烷；所述二次横拉温度为120-150℃，二次横向拉伸倍率为1.2-1.5倍。

步骤4：将所得微孔膜进行热定型以及收卷工艺，得耐热型锂电池隔膜。

所述热定型的温度为25℃-100℃，热定型时间为25-75min。

本发明的另一方面，应用上述制备方法制备的耐热型锂电池隔膜。

上述耐热型锂电池隔膜在锂电池隔膜中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的耐热型锂电池隔膜的制备方法，在高分子量聚乙烯、石蜡油和抗氧化剂中添加聚芳基苯并咪唑酮，其制备的耐热型锂电池隔膜在105℃*1h和125℃*1h条件下的横向、纵向热收缩率均显著降低，提高了耐热型锂电池隔膜的耐热性能。

2.本发明提供的耐热型锂电池隔膜，在提高耐热性能的基础上，不影响厚度、孔隙率、透气度和针刺强度等物理性质。

3.本发明提供的耐热型锂电池隔膜，具有优良的物理性质和耐热性能，在锂电池隔膜中有着巨大的应用前景。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种耐热型锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照质量份数计，将超高分子量聚乙烯(重均分子量为110万)25质量份、聚芳基苯并咪唑酮1质量份、石蜡油73质量份和抗氧化剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1质量份加热搅拌得混合物，搅拌罐的温度为100℃，然后所述混合物加热共混形成均相共混物；

采用双螺杆挤出机进行加热共混，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为40rpm，挤出温度为180℃。

步骤2：将步骤1所述的均相共混物经铸片工艺冷却定型得铸片；其中，将所得高温的熔融体均相共混物经熔体泵准确计量后送入模头中，送入模头中的高温的熔融体从模头狭缝口流出，从模头狭缝口流出的高温的熔融体经过铸片冷却辊制成铸片。铸片工艺中冷却定型辊的温度为20℃，冷却定型辊的转动速度为6m/min。

步骤3：将步骤2所得铸片依次进行纵向拉伸、一次横向拉伸、萃取、二次横向拉伸、热定型以及收卷工艺，得耐热型锂电池隔膜。

所述纵向拉伸的温度为110℃，纵向拉伸的倍率为7.2倍；所述一次横向拉伸的温度为120℃，一次横向拉伸的倍率为7.5倍；所述萃取的温度为20℃，萃取溶剂为二氯甲烷；所述二次横拉温度为135℃，二次横向拉伸倍率为1.3倍。

所述热定型方法为，将所得微孔膜在90℃的热辊上自由热定型，热定型时间为60min，使其在纵向方向自由收缩。

对比例1

对比例1和实施例1相比，其区别仅在于，步骤1中不添加聚芳基苯并咪唑酮。

实施例2

一种耐热型锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照质量份数计，将超高分子量聚乙烯30质量份，邻苯二甲酸酯67.5质量份，季戊四醇-四-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸酯]0.5质量份，聚芳基苯并咪唑酮2质量份加热搅拌得混合物，然后所述混合物加热共混形成均相共混物；

其余步骤与实施例1相同。

实施例3

一种耐热型锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：按照质量份数计，将超高分子量聚乙烯20质量份，邻苯二甲酸二辛酯78.5质量份，十八烷-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸酯1质量份，聚芳基苯并咪唑酮0.5质量份加热搅拌得混合物，然后所述混合物加热共混形成均相共混物；

其余步骤与实施例1相同。

实施例1-3和对比例1所制备的耐热型锂电池隔膜的性能检测数据如下表所示：

从上表可以看出，在制备方法中，添加了聚芳基苯并咪唑酮，可以在不影响厚度、孔隙率、透气度和针刺强度等物理性质的前提下，显著降低了在105℃*1h和125℃*1h条件下的横向、纵向热收缩率，解决了聚乙烯隔膜耐热性差的问题。

依照本发明内容进行工艺参数调整，均可制备本发明的耐热型锂电池隔膜，并表现出与实施例1基本一致的性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。