[发明专利]一种高熔体强度复合隔离膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用聚烯烃隔离膜，具体是一种具有高熔体强度多层复合的聚烯烃微孔隔离膜。

背景技术

聚烯烃微孔膜是具有无数互通的微孔，孔径为0.01～10μm的塑料薄膜。作为一种隔离膜应用于锂电池内。锂离子电池由正负极、隔离膜和电解液组成。其中，隔离膜连接并隔开正极和负极材料，是电子的绝缘体，但允许离子通过，其性能的优劣决定着电池的界面结构和内阻，进而影响着电池的容量、循环性、充放电电流密度等关键特性，因此隔离膜性能的优劣对于提高电池的综合性能起重要的作用。

安全性是聚烯烃微孔隔离膜在应用时首先要考虑的指标。由于电池短路而形成的焦耳热使得电池内部温度升高，电池隔膜孔径缩小而使电阻增大温度越低，或者说，进一步的熔化而使微孔消失的温度越低，就可在较低的温度下阻止离子通过，这样可防止电池内部温度升高达到锂的熔点或电解液的引燃点而引起火灾事故的发生，从而达到安全的目的。因而要求微孔消失的温度即闭孔温度低一些好。当电池隔离膜因熔化而使微孔消失后，一旦电池内部温度进一步升高，隔离膜熔化粘度降低，达到某一温度则发生膜破裂，若隔离膜太早破裂，电极会直接接触，这是非常危险的，因此在熔融温度以上使隔离膜保持其形状是必要的。膜破裂温度越高，则阻止离子流通的时间也越长，因而就有很高的安全性能。膜破裂温度与闭孔温度的差值是决定电池安全性的决定因素，而隔离膜材料是影响隔离膜安全性的一个重要因素。

聚乙烯微孔膜在120～130℃间熔化，其早期关闭特点使得易于抑制与微孔关闭的相关温度的增加，但是在单由聚乙烯制成的隔离膜中，其膜破裂温度也低，因而不能认为其安全性高。专利CN99804321采用HDPE和液体石蜡共混，所得微孔薄膜闭孔温度131.9℃，膜破裂温度133.1℃，电池的安全性较差。近来也采用复合薄膜而非单一材料薄膜来解决隔膜的安全性问题。Tonen、Asahi-Kasei、Hoechst公司已申请了两层PE/PP和三层PP/PE/PP微孔膜的专利。专利CN92109189给出了由聚乙烯与聚丙烯构成的微孔膜，其闭孔温度为135～140℃，膜破裂的温度接近170℃，两者相差30～35℃，具有非常高的安全性能。但这些复合薄膜均采用熔融拉伸法制得。熔融拉伸法是在提高熔融聚合物应力的条件下先将结晶性聚合物挤塑成膜，然后使薄膜在无张力或低张力下经退火得到必要结晶结构，后进行纵向拉伸产生一种狭缝状空隙的网状结构。因此这些复合薄膜存在孔径及孔隙率较难控制等缺点，而且由于只进行纵向拉伸，薄膜横向强度较差。

日本的Asahi-Kasei、Mitsui Chemical和Tonen公司的相关专利JP 2004323820(2004)、U.S.Patent 6245272(2001)报道了采用热诱导相分离法生产微孔膜。热诱导相分离法(TIPS)是在高温下如双螺杆挤出机内把聚合物(如高密度聚乙烯HDPE)溶于高沸点、低挥发性的溶剂(稀释剂，如矿物油)，形成均一溶液，后通过口模挤出成型厚片，在骤冷辊上骤冷冷却，导致溶液产生相分离，得到具有相分离结构的厚片，后采用双向拉伸设备同时或分布进行纵横向拉伸，获得具有相分离结构的薄膜，其中在双向拉伸之前或之后采用挥发性有机溶剂(萃取剂)将稀释剂萃取出来，从而获得一定结构形状的高分子微孔。采用该种方法，目前工业化生产的微孔膜基本上是HDPE单层隔离膜，存在安全性不够、抗穿刺性不够等缺点。

采用热诱导相分离法生产多层微孔膜，若纯粹采用PE与PP层直接复合，一方面由于两者相容性问题，易导致多层薄膜复合强度偏低，另一方面由于PP与稀释剂混合后，稀释剂破坏PP本身结晶能力，混合体系熔体强度明显降低，难以进行后续拉伸等工艺操作，因此要成功采用热诱导相分离法生产多层复合微孔膜，必须解决以上两个问题。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有技术难题，提供一种具有高熔体强度多层复合隔离膜。

本发明的另一个目的是提供上述高熔体强度多层复合隔离膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的具体技术方案如下：

一种高熔体强度复合隔离膜，为B/A两层或B/A/B三层结构的微孔膜，其中A层为聚乙烯或乙烯与5～50％(重量百分比)其它烯烃的共聚物膜，或两者的混合物膜；B层为丙烯与0.1～10％(重量百分比)其他烯烃的共聚物膜。

本发明的高熔体强度复合隔离膜，B/A两层厚度比优选为2∶1～1∶2，B/A/B三层厚度比优选为2∶6∶2～4∶2∶4，总厚度优选为15～50um。