CN105810870A - 电池隔膜及其制备方法、电池、1-丁烯基聚合物在电池隔膜中的应用 - Google Patents

电池隔膜及其制备方法、电池、1-丁烯基聚合物在电池隔膜中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例提供了一种电池隔膜，涉及电池领域，为提高电池的性能而发明。所述隔膜包括聚1‑丁烯单膜，所述聚1‑丁烯单膜包括1‑丁烯的聚合物。本发明可用于锂离子和锂电池中。

Description

电池隔膜及其制备方法、电池、1-丁烯基聚合物在电池隔膜中的 应用
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及电池隔膜及其制备方法、电池。
背景技术
在锂离子电池通常由正极材料、负极材料、电池隔膜和电解液组成。其中，电池隔膜是关键的内层组件之一，也是技术壁垒最高的一种高附加值材料，约占锂电池成本的20％-30％。隔膜的好坏决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池容量、循环以及安全性能等特性。
目前的离子电池隔膜有聚乙烯隔膜或聚丙烯隔膜。但是因其孔隙率和厚度、强度不能兼顾，导致在实际应用中存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明的实施例的主要目的在于，提供一种电池隔膜及其制备方法、电池、1-丁烯基聚合物在电池隔膜中的应用。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种电池隔膜，所述隔膜包括聚1-丁烯单膜，所述聚1-丁烯单膜包括1-丁烯的聚合物。
可选的，所述1-丁烯的聚合物选自1-丁烯的均聚物、1-丁烯的共聚物或1-丁烯的聚合物共混物。
可选的，所述隔膜的厚度为10μm-100μm；所述隔膜的孔率为20％-80％；所述隔膜的自动关断温度为120℃-140℃；所述隔膜的膜破裂温度为150℃-170℃。
优选的，所述隔膜的厚度为10μm-40μm；所述隔膜的孔率为60％-80％；所述隔膜的自动关断温度为120℃-130℃；所述隔膜的膜破裂温度为160℃-170℃。
可选的，所述聚1-丁烯单膜上接枝有改善隔膜性能的基团；或所述聚1-丁烯单膜与聚乙烯PE薄膜、聚丙烯PP薄膜或聚偏氟乙烯PVDF薄膜复合形成复合膜。
可选的，所述电池隔膜为锂离子电池隔膜。
本发明还提供了一种电池，所述电池包括上述电池隔膜。
本发明还提供了上述电池隔膜的制备方法，包括：
将1-丁烯的聚合物熔融挤出；
将挤出的材料单向或双向拉伸，冷却；
将冷却后的拉伸材料热处理、再拉伸。
可选的，还包括在制备电池隔膜的过程中，接枝改善隔膜性能的基团。
可选的，在所述再拉伸步骤后，还包括：
将再拉伸形成的膜材料与聚乙烯薄膜或者聚丙烯薄膜复合。
与上述隔膜相对应的，本发明还提供了1-丁烯基聚合物在电池隔膜中的应用。
本发明实施例提供的电池隔膜及其制备方法、电池、1-丁烯基聚合物在电池隔膜中的应用，其隔膜采用1-丁烯作为主要的聚合单体。由于1-丁烯聚合物能够形成较长的支链，因此，最终形成的隔膜孔隙率很高。另外，较长的支链本身会进行交联，使得隔膜具有较大的厚度和很高的熔体强度。这样，本实施例提供的隔膜能够兼具较高孔隙率及较大厚度和较高熔体强度的优点。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对本发明实施例的电池隔膜及其制备方法、电池、1-丁烯基聚合物在电池隔膜中的应用进行详细描述。
本发明实施例提供了一种电池隔膜。所述电池可以为常见的锂离子电池，还可以为新兴的铝离子电池等。该电池隔膜可以包括聚1-丁烯单膜。该聚1-丁烯单膜包括采用了1-丁烯作为聚合单体的各类型聚合物。例如，仅仅采用1-丁烯作为聚合单体，形成1-丁烯的均聚物。又如，1-丁烯单体与其他烯烃类例如丙烯(或乙烯)等单体形共聚物。又如，还可以将1-丁烯的均聚物与其他烯烃类例如丙烯(或乙烯)的均聚物混合，形成共混物。
本实施例提供的电池隔膜采用1-丁烯作为主要的聚合单体。由于1-丁烯聚合物能够形成较长的支链，因此，最终形成的隔膜孔隙率很高。另外，较长的支链本身会进行交联，使得隔膜具有较大的厚度和很高的熔体强度。这样，本实施例提供的隔膜能够兼具较高孔隙率及较大厚度和较高熔体强度的优点。
优选的，所述隔膜的厚度为10μm-100μm，例如20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm；所述隔膜的孔率为20％-80％，例如30％、40％、50％、60％、65％、70％、75％；所述隔膜的自动关断温度为120℃-140℃，例如125℃、130℃、135℃；所述隔膜的膜破裂温度为150℃-170℃，155℃、160℃、165℃。
进一步优选的，所述隔膜的厚度为10μm-40μm；所述隔膜的孔率为60％-80％；所述隔膜的自动关断温度为120℃-130℃；所述隔膜的膜破裂温度为160℃-170℃。
当隔膜的厚度较大时，应用在动力电池中能够保证很高的安全性能。另外，1-丁烯较长的支链结构交联导致膜破裂温度要远高于自动关断温度，在达到自动关断温度后，隔膜孔关闭，但是隔膜仍具有很强的熔体强度，此时仍然能够保持隔膜保持在电池的正负极之间，极大避免了隔膜收缩、破裂造成的进一步的短路、甚至爆炸等危险，提高了隔膜的安全性能。
除利用聚1-丁烯单膜所具有的优质特性外，优选的，还可以在聚1-丁烯单膜上接枝改善隔膜性能的基团，或者连同其他类薄膜形成符合隔膜。
具体的，可以在聚1-丁烯单膜上接枝二乙二醇甲基丙烯酸酯(DEGDMA)，接枝后的隔膜的自动关断温度和膜破裂温度有了进一步提高。
又如，在聚1-丁烯单膜上还设置有聚乙烯薄膜或聚丙烯薄膜，所述聚乙烯薄膜或所述聚丙烯薄膜与所述聚1-丁烯单膜形成复合膜。
与上述电池隔膜相对应的，本发明实施例还提供了一种电池，该电池包括正极、负极、电解液及上述电池隔膜。该电池由于采用了本申请的电池隔膜，因而兼具有优良的电池性能以及电池安全性。可选的，电池为锂离子电池。
本发明实施例还提供了上述电池隔膜的制备方法，包括：
步骤1：将1-丁烯的聚合物熔融挤出。
步骤2：将挤出的材料单向或双向拉伸，冷却。
步骤3：将冷却后的拉伸材料热处理、再拉伸。
当然在冷却后，还可包括热定型以及分切收卷等工艺。
通过本工艺形成的电池隔膜能够兼具高孔率及高膜厚和高安全性能的优点。
通过本工艺形成的电池隔膜，优选的，所述隔膜的厚度为10μm-100μm，例如20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm；所述隔膜的孔率为20％-80％，例如30％、40％、50％、60％、65％、70％、75％；所述隔膜的自动关断温度为120℃-140℃，例如125℃、130℃、135℃；所述隔膜的膜破裂温度为150℃-170℃，155℃、160℃、165℃。进一步优选的，所述隔膜的厚度为10μm-40μm；所述隔膜的孔率为60％-80％；所述隔膜的自动关断温度为120℃-130℃；所述隔膜的膜破裂温度为160℃-170℃。
另外，为了改善隔膜的性能，在制备过程中，还可以接枝改善隔膜性能的基团，例如二乙二醇甲基丙烯酸酯(DEGDMA)，接枝后的隔膜的自动关断温度和膜破裂温度有了一进步提高。接枝的方法很多，例如化学接枝、离子辐照、表面等离子体处理、紫外光照接枝等方法，以改善隔膜的润湿性、透气性、耐热性等性能。具体的，可以在步骤3的热处理过程中，在膜的表面进行辐射接枝。
为了改善隔膜性能，还可以在所述再拉伸步骤后，将再拉伸形成的膜材料与聚乙烯薄膜或者聚丙烯薄膜复合，之后再进行热定型和分切收卷等工艺。
与上述内容相对应的，本发明实施例还提供了1-丁烯基聚合物在电池隔膜中的应用。该电池隔膜为前述实施例中的任一种电池隔膜。
为了更好的说明本发明提供的电池隔膜，下面以具体实施例进行说明。
实施例1
将1-丁烯均聚物熔融挤出；将挤出的材料单向拉伸，冷却；将冷却后的拉伸材料热处理、再拉伸；热定型及分切，形成离子电池隔膜a。
将离子电池隔膜a配合离子电池正极、负极及电解液制备离子电池aa。
实施例2
将1-丁烯与丙烯的共聚物熔融挤出；将挤出的材料双相拉伸，冷却；将冷却后的拉伸材料热处理、再拉伸；热定型及分切，形成离子电池隔膜b。
将离子电池隔膜b配合离子电池正极、负极及电解液制备离子电池bb。
实施例3
将1-丁烯均聚物熔融挤出；将挤出的材料单向拉伸，冷却；将冷却后的拉伸材料热处理，在热处理的过程通过辐射接枝二乙二醇甲基丙烯酸酯、再拉伸；热定型及分切，形成离子电池隔膜c。
将离子电池隔膜c配合离子电池正极、负极及电解液制备离子电池cc。
实施例4
将1-丁烯均聚物熔融挤出；将挤出的材料单向拉伸，冷却；将冷却后的拉伸材料热处理、再拉伸得到聚1-丁烯单膜；
将丙烯均聚物熔融挤出；将挤出的材料单向拉伸，冷却；将冷却后的拉伸材料热处理、再拉伸得到聚丙烯单膜；
将聚1-丁烯单膜与聚丙烯单膜复合热定型，分切，形成离子电池隔膜d。
将离子电池隔膜d配合离子电池正极、负极及电解液制备离子电池dd。
性能测试
对上述实施例1-4进行测试，得到关于隔膜厚度、隔膜孔率、隔膜自动关断温度、隔膜的膜破裂温度数据，列于下表中。
厚度(μm) 孔率(％) 自动关断温度(℃) 膜破裂温度(℃)
实施例1 25 76 121 158
实施例2 27 75 123 152
实施例3 32 67 127 165
实施例4 40 65 130 169
综上，可以看出，本发明提供的离子电池隔膜兼具了孔率与膜厚和安全性的优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种电池隔膜，其特征在于，所述隔膜包括聚1-丁烯单膜，所述聚1-丁烯单膜包括1-丁烯的聚合物。
2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述1-丁烯的聚合物选自1-丁烯的均聚物、1-丁烯的共聚物或1-丁烯的聚合物共混物。
3.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜的厚度为10μm-100μm；所述隔膜的孔率为20％-80％；所述隔膜的自动关断温度为120℃-140℃；所述隔膜的膜破裂温度为150℃-170℃。
4.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜的厚度为10μm-40μm；所述隔膜的孔率为60％-80％；所述隔膜的自动关断温度为120℃-130℃；所述隔膜的膜破裂温度为160℃-170℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的隔膜，其特征在于，所述聚1-丁烯单膜上接枝有改善隔膜性能的基团；或
所述聚1-丁烯单膜与聚乙烯PE薄膜、聚丙烯PP薄膜或聚偏氟乙烯PVDF薄膜复合形成复合膜。
6.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜为锂离子电池隔膜。
7.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的电池隔膜。
8.根据权利要求1所述的电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括：
将1-丁烯的聚合物熔融挤出；
将挤出的材料单向或双向拉伸，冷却；
将冷却后的拉伸材料热处理、再拉伸。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，还包括在制备电池隔膜的过程中，接枝改善隔膜性能的基团。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述再拉伸步骤后，还包括：
将再拉伸形成的膜材料与聚乙烯薄膜或者聚丙烯薄膜复合。
11.1-丁烯基聚合物在权利要求1-6任一项所述的电池隔膜中的应用。
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