[发明专利]一种聚烯烃电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚烯烃电池隔膜及其制备方法，特别是涉及一种具有高透气性和在各方向上机械强度均匀的聚烯烃电池隔膜及其制备方法。

背景技术

随着信息、材料和能源技术的进步，锂离子电池以其高比能量、长循环寿命、无记忆效应、安全可靠以及能快速充放电等优点而成为新型电源技术研究的热点。随着锂离子电池应用范围的进一步扩大，隔膜材料的需求量将进一步增加。

电池隔膜是指在锂离子电池正极与负极中间的聚合物隔膜，是锂离子电池最关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响。其主要作用为：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过；让电解质液中的离子在正负极间自由通过。其锂离子传导能力直接关系到锂离子电池的整体性能，其隔离正负极的作用使电池在过度充电或者温度升高的情况下能限制电流的升高，防止电池短路引起爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备起到安全保护的作用。

隔膜性能的优劣决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能、充放电电流密度等关键特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能有重要作用。

对隔膜的基本要求是：具有足够的隔离性和电子绝缘性，能保证正负极的机械隔离和阻止活性物质的迁移；有一定的孔径，对锂离子有很好的透过性，保证低电阻和高离子传导率；由于锂离子电池采用有机溶剂和非水电解液，因此应具有足够的化学稳定性和电化学稳定性，有一定的耐湿性和耐腐蚀性；对电解液的浸润性好，有足够的吸液保湿能力和离子导电性；具有足够的力学性能和防震能力，并且厚度尽可能小；自动关断保护性能好。由于隔膜的力学性能是影响其应用的一个重要因素，如果隔膜破裂，就会发生短路，降低成品率，因此要求隔膜有一定的强度、弹性和耐摩擦性能。

例如日本专利JP-A-2-21559公开了一种电池隔板的制作方法，其选择分子量不超过300000的聚乙烯和分子量不低于1000000的聚乙烯热混合，形成凝胶膜，然后除去溶剂，将该凝胶膜进行单轴拉伸，制成孔隙率为80％的隔板。由于只是单轴拉伸，使得隔板只在单一方向上强度较大，且高孔隙率使刺穿强度过低。

日本专利JP-11-369289中，采用同步拉伸的方式对厚片进行相同倍率的双向拉伸，得到的薄膜经过洗涤提取后，在纵横两个方向上强度基本相当，但是这种工艺设备复杂投资大，操作难度较大。

发明内容

为了避免背景技术中的不足之处，本发明提供一种具有高透气性和在各方向上机械强度均匀的聚烯烃电池隔膜及其制备方法。

本发明采用如下的技术方案：一种聚烯烃电池隔膜的制备方法，所述制备方法由以下步骤组成：

1)将聚烯烃树脂、添加剂和溶剂在150～280℃温度下，熔融成均一的熔液，其中，各组分的重量百分比为：

聚烯烃树脂15～40％，

添加剂1～10％，

余量为溶剂；

2)将所述步骤1得到的熔融液在150～280℃温度下由模头挤出，并在冷却辊上冷却铸成厚片，冷却温度为-5～30℃；

3)将步骤2得到的厚片先进行纵向拉伸，拉伸温度为50℃～110℃，纵向拉伸倍率为2～7倍；然后进行第一次横向拉伸，拉伸温度为90℃～150℃，第一次横向拉伸的拉伸倍率为3～9倍；

4)将步骤3拉伸得到的隔膜萃取除溶剂，然后干燥；

5)将步骤4得到的隔膜进行第二次横向拉伸，拉伸温度为80℃～130℃，第二次横拉伸同第一次横拉伸的比值为：0.35～0.5∶1，拉伸完毕经热定型得到所述聚烯烃微多孔膜。

本发明的步骤3中，将步骤2得到的厚片进行纵向拉伸，拉伸温度为50～110℃，拉伸倍率为2～7倍。第一次横向拉伸温度为90～150℃，第一次横向拉伸的拉伸倍率为3～9倍。纵向拉伸倍率过低，薄膜物理性能下降，薄膜不易成孔；纵向拉伸倍率过高，横向拉伸时破膜几率增加。同时，横向拉伸倍率过低，薄膜的厚度不均匀，横向拉伸倍率过高，薄膜横向热收缩率提高，易破膜，所以选择纵拉伸的拉伸倍率为2～7倍，第一次横向拉伸的拉伸倍率为3～9倍。在这过程中，纵向拉伸温度和横向拉伸温度均应在树脂熔点Tm+10℃以下，树脂熔点Tm，用DSC差示扫描量热仪测得。