[发明专利]一种锂离子电池用低内应力聚烯烃微孔膜及其制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种锂离子电池用低内应力聚烯烃微孔膜及其制备方法。所述聚烯烃微孔膜通过湿法工艺制备，萃取前对隔膜进行降温，利用隔膜的热胀冷缩性能使隔膜在MD方向回缩，保证微孔膜生产线的后段的速度低于前段的速度下，减少MD方向的取向，降低内应力，回缩装置主要由低温冷却辊和浮辊组成；所述微孔膜同时具有湿法工艺生产的高机械强度特征；因此适合制备大容量的锂离子电池。

技术领域

本发明涉及低内应力的聚烯烃微孔膜及其制备方法；本发明利用萃取前对聚烯烃微孔膜进行降温，利用聚烯烃微孔膜的的热胀冷缩性能使隔膜在MD方向回缩，保证聚烯烃微孔膜生产线的后段的速度低于前段的速度下隔膜不会回缠，同时在低温下使聚烯烃结晶，减少MD方向的取向，降低内应力；所述聚烯烃微孔膜具有较好的膜面平整性，长期存储过程中不易发生翘曲变形、塌边等异常，可以提高该聚烯烃微孔膜制造电池的组装性能及安全性能，尤其是长期使用寿命；本专利后续段落中聚烯烃微孔膜简称为隔膜。

背景技术

由于具有较好的化学稳定性和优异的物理性能，微孔聚乙烯膜被广发的应用于二次锂离子电池，如：手机电池、笔记本电池、电动工具电池及动力汽车电池。由于在储能和汽车动力电池的广泛应用，对锂离子电池的容量要求越来越高，锂离子电池的体积越来越大，隔膜的宽度越来越宽，同时为了加工效率要求隔膜的长度越来越长。

目前制备微孔聚乙烯膜主要有三种工艺：工艺一为将聚烯烃加工成纤维状，再通过无纺布工艺加工为薄膜状的结构；工艺二为干法工艺，首先在常温下制备聚烯烃膜，再在不同的温度下通过晶向的转变产生缺陷，然后在高温下拉伸使缺陷尺寸变大以形成微孔；工艺三为湿法工艺，即TIPS方法(1981年由美国A.J.Castro提出)，首先将聚烯烃在高温下与填充剂混合形成液相稳定体系，然后在冷却过程中聚烯烃形成固相，而填充剂仍保持液相，经过双向拉伸后形成薄膜，再使用溶剂提取其中的液相填充剂而形成孔隙。同前两种工艺相比，第三种工艺即湿法工艺能够生产相对更薄的微孔膜，且具有较好的微观孔径分布，同时具有较好机械强度，作为锂离子电池的首选隔膜。

但由于湿法工艺生产的锂离子电池隔膜由于其采用超高分子量聚乙烯，双向拉伸的工艺，拉伸过程中导致隔膜存在一定的内应力，隔膜收卷成卷状后，层与层之间内应力累积会越来越大，且无法释放，内应力的存在会导致隔膜存在弯曲变形；影响到隔膜的后续涂布、分切，甚至影响到电池的卷绕组装，以及电池长期循环后隔膜应力变形，最终影响到电池的寿命及安全性能；尤其是现有电池技术对隔膜的长度和幅宽要求越来越长越宽，长度的增加使得隔膜的收卷圈数越来越多，内应力累积越来越大，使隔膜的膜面平整性越来越差，在后续使用中带来不可靠情况；宽度的加大使得在有内应力的情况下变形和塌边情况越来越严重，导致无法使用。有效的消除MD方向的内应力提升电池能量、循环性能和安全性对整个行业发展的方向，是本发明主要解决的主要目标。

发明内容

为了实现上述目标，本发明的的聚乙烯微孔膜是由聚乙烯和填充剂组成的混合物经过如下步骤制备：

1.双螺杆挤出：由聚乙烯和填充剂挤出，形成液相稳定体系；

2.冷却成型：液相体系在冷却系统中形成带有液相填充剂的薄片；

3.双拉扩孔：使用双拉设备在聚乙烯结晶部分熔化温度范围内同时拉伸薄片形成薄膜；

4.二次冷却回缩(本发明装置)：通过如附图1.隔膜二次冷却装置，使得隔膜在冷却装置上回缩，回缩装置后的锂离子隔膜生产线的速度低于回缩装置前段的速度；

5.萃取：使用萃取剂将其中的填充剂溶解出来，形成微孔聚乙烯薄膜；

6.一次热定型：在聚乙烯结晶部分熔化温度范围内薄膜进行热定型；

7.收卷：将隔膜收卷为卷状。

由聚乙烯制备聚乙烯微孔膜过程中本发明的基本原理如下：