[发明专利]用于形成电池隔离膜的聚合物组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于形成电池隔离膜(尤其是锂离子电池隔离膜)的聚合物组合物，用本发明组合物形成的电池隔离膜具有优良的综合性能，例如，用本发明组合物形成的电池隔离膜具有低的平均孔径、更均匀的孔径分布、合适的闭孔温度、膜破温度、良好的孔隙率和膜强度等。

背景技术

电池隔离膜是电池的主要材料之一，其作用是将电池内部的阳极和阴极隔开以免短路，并且也要使离子能顺畅地通过隔离膜在两极之间迁移，形成电流，还要在电池工作出现异常情况时关闭离子通道，切断电流以确保电池安全。

电池隔离膜又称为电池隔膜，其主要性能包括厚度、空隙率、孔径、孔径分布、强度、闭孔温度与膜破温度等等。电池隔离膜的强度主要用拉伸强度和刺穿强度表征：拉伸强度表征了电池隔离膜在较大的外部应力作用下，隔离膜本身能保证不破膜，保持隔离膜的完整性时能承受的最大拉伸力；由于正负极材料间仅用隔离膜隔开，而正负极材料又是不平整的，因此不平整的电极材料又会刺穿电池隔离膜，刺穿强度表征电池隔离膜耐刺穿的性能。

电池隔离膜的一个作用是使离子能顺畅地通过隔离膜在两极之间迁移，形成电流。但是为了防止电池过热产生例如爆炸等危险，要求该隔离膜中的微孔在温度上升至一定的程度后发生熔融闭合，以隔绝离子通过。因此，本领域将电池隔离膜的微孔发生熔融闭合以隔绝离子通过的温度称为闭孔温度。

电池隔离膜的膜破温度是指当达到所述闭孔温度后，隔离膜的温度继续上升直至发生隔离膜熔断破裂，本领域将隔离膜发生熔融断裂的温度称为膜破温度。

因此本领域要求电池隔离膜的闭孔温度与膜破温度之间保证有足够的温度区间，以便在温度达到隔离膜的闭孔温度后发生温度惯性上升时电池隔离膜能具有足够的温度缓冲空间，不发生膜破裂。现有的电池隔离膜的膜破温度与闭孔温度之间的差值一般为30-40℃。但是，从安全性考虑，需要进一步提升电池隔离膜的膜破温度与闭孔温度之间的差值。

此外，对电池隔离膜而言，由于需要确保离子能顺畅地通过隔离膜在两极之间迁移以形成电流，因此需要具有一定的空隙率，但是空隙率的升高不可避免地会导致隔离膜的强度下降，从而影响电池的可靠性。另外，已知电解液的浸润性与孔径和孔径分布有关：通常，在孔径不是非常大的情况下，孔径分布越均匀，则电解液的浸润性就越好。浸润性直接影响离子迁移的阻力，浸润性越好，则离子通过隔离膜进行迁移的阻力就越小，电池的内阻就越小，电池的电流密度就有更大的提高余地，电池的循环性能也越好。

最终电池隔离膜的孔隙率、孔径、孔径分布和拉伸强度取决于多种因素，例如用于制造电池隔离膜的材料和电池隔离膜的制造工艺，但是主要取决于其材料。为获得具有令人满意的孔隙率、孔径、孔径分布和拉伸强度的电池隔离膜，现有技术提出了各种不同的电池隔离膜及其制造方法。

例如，作为PCT中国国家阶段的CN 1954447A公开了一种适用于锂电池的改进的隔离膜系统，它包括厚度为5-175微米、孔隙率为30-95％的微孔膜，该微孔膜由85-95重量％的最低平均分子量为1×10⁶的超高分子量聚乙烯和5-15重量％的平均粒径为0.001-1微米的氧化钛微粒填料构成。该现有技术文献的一个较好实例提到其电池隔离膜含有1-90重量％的超高分子量聚乙烯、1-90重量％的低分子量聚乙烯和1-90重量％的二氧化钛。并且它还提到在其它实施方式中，可以用高密度聚乙烯、或者两或三种超高分子量聚乙烯(分子量不同)和高密度聚乙烯的混合物、或者其它聚烯烃、聚烯烃共聚物或其衍生物代替超高分子量聚乙烯，并可以其它合适和性能提高的稳定金属氧化物填料代替二氧化钛填料。换句话说，CN 1954447A提到用于制造其电池隔离膜的材料可以是如下几种：

(i)超高分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯和氧化钛微粒填料；

(ii)高密度聚乙烯、、低分子量聚乙烯和氧化钛微粒填料；

(iii)两或三种超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯的混合物、低分子量聚乙烯和氧化钛微粒填料；

(iv)....

在其实施例中，CN 1954447A实施了两组技术方案，即超高分子量聚乙烯和二氧化钛的组合和超高分子量聚乙烯、低分子量聚乙烯和二氧化钛的组合。如其表1所示，CN 1954447A证明其技术方案制得的隔离膜具有51-74％的孔隙率、和平均1微米的孔径。

虽然CN 1954447A制得电池隔离膜能基本满足要求，但是这种隔离膜的性能，尤其是平均孔径和孔径分布仍具有改进的余地，以便进一步改进其作为电池隔离膜的电解液浸润性。