CN107706342A - 电池隔离膜、锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

电池隔离膜、锂离子电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电池隔离膜、锂离子电池及其制备方法，电池隔离膜包括：第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层；第一聚合物组合物层的制备原料包括：高分子量聚乙烯、成孔剂及抗氧化剂，其中，按高分子量聚乙烯的重量为100份计，成孔剂的重量为100~500份，抗氧化剂的重量为0.1~10份；第二聚合物组合物层的制备原料包括：聚合物及无机填料，其中，按高分子量聚乙烯的重量为100份计，聚合物的重量为5~100份，无机填料的重量为0.1~10份。本发明的电池隔离膜采用包括一层第一聚合物组合物层及两层第二聚合物组合物层的三层结构，具有表面耐热性好、闭孔温度和破膜温度差较高、热收缩率小、微孔孔径小、孔隙率高等优点。

Description

电池隔离膜、锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种电池隔离膜、锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池通常主要由正极，负极，隔膜，电解液，电池外壳组成。锂离子电池结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的主要作用是将电池的正、负极分隔开来，防止正负极直接接触而短路，同时还要使电解质离子能够在电池充放电过程中顺利通过，形成电流，在电池工作温度发生异常升高时，关闭电解质离子的迁移通道，切断电流保证电池安全。由此可见，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。目前市售的锂离子电池隔膜一般采用聚烯烃多孔膜。
电池隔离膜的主要性能参数包括厚度，孔隙率，孔径大小，孔径分布，强度，热收缩率，闭孔温度和破膜温度等。为了减少电池内阻，电极面积必须尽可能大，所以对于隔膜的厚度要求尽可能的薄。电池隔膜本身虽然不导电，但是导电离子需要通过隔膜进行迁移，这就要求隔膜本身需要存在一定数量的孔，即孔隙率，但是孔隙率过高势必导致隔膜强度降低，影响电池整体可靠性。除此之外，电解液在隔膜上的浸润性直接影响离子迁移的阻力，浸润性越好，离子通过隔膜进行迁移的阻力越小，电池内阻也就越小。通常，在孔径不是非常大的情况下，孔径分布越均匀，电解液的浸润性越好。电池组件在其生产组装过程中需要对隔膜进行牵引，在组装完成后还需要保证隔膜不会被电极材料刺穿，因此隔膜不仅需要足够的拉伸强度还需要一定的刺穿强度。聚合物隔离膜在一定的受热条件下会发生热收缩，为避免热收缩带来的正负极直接接触而造成的内部短路，对隔离膜的热收缩率也有一定的要求。锂离子电池在异常条件下，如外部线路发生短路时，由于电流过大，电池内部温度急剧升高，这就需要隔膜能够及时关闭导电离子的迁移通道。因此，将电池隔离膜的微孔发生熔融闭合的温度称为闭孔温度。当温度继续升高时，发生隔离膜熔断破裂，将此熔断破裂温度称为破膜温度。从锂离子电池的安全角度来考虑，隔膜的闭孔温度和破膜温度必须有一定的温度差，以保证隔膜闭孔切断电流后即使温度继续上升，也有足够温度缓冲区间不发生隔膜破裂。
常规的湿法锂离子电池隔膜因为采用聚乙烯作为基材，熔点较低，闭孔温度和破膜温度温度差相对较低，同时在高于熔点的温度下热收缩非常严重。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电池隔离膜、锂离子电池及其制备方法，用于解决现有技术中的电池隔离膜存在的熔点较低、闭孔温度和破膜温度差较低、高于熔点的温度下热收缩非常严重的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电池隔离膜，所述电池隔离膜包括：
第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层；所述第一聚合物组合物层的制备原料包括：高分子量聚乙烯、成孔剂及抗氧化剂，其中，按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述成孔剂的重量为100～500份，所述抗氧化剂的重量为0.1～10份；所述第二聚合物组合物层的制备原料包括：聚合物及无机填料，其中，按所述第一聚合物组合物层中的所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述聚合物的重量为5～100份，所述无机填料的重量为0.1～10份。
作为本发明的电池隔离膜的一种优选方案，所述高分子量聚乙烯的平均分子量为1.0×105～1.0×107，所述高分子量聚乙烯的密度为0.940～0.976g/cm3。
作为本发明的电池隔离膜的一种优选方案，所述成孔剂包括：天然矿物油、C6-15烷烃、C8-15脂族羧酸、C8-15脂族羧酸C1-4烷酯、C2-6卤代烷烃、邻苯二甲酸酯、偏苯三酸酯、己二酸酯、癸二酸酯、马来酸酯、苯甲酸酯、环氧植物油、苯磺酰胺、磷酸三酯、二元醇醚、乙酰单酸甘油乙酯、柠檬酸酯及环己烷-1,2-二羧酸二异壬酯中的至少一种。
作为本发明的电池隔离膜的一种优选方案，所述成孔剂40℃运动粘度为10～100mm2/s；所述成孔剂的初馏点大于或等于110℃。
作为本发明的电池隔离膜的一种优选方案，所述抗氧化剂包括：4,4-硫代双(6-叔丁基间甲酚)、二丁基羟基甲苯、亚磷酸酯、特丁基对苯二酚、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4羟基-5-叔丁苯基)丁烷、2-特丁基-6-甲基苯酚、N，N’-二-β-萘基对苯二胺、硫代二丙酸双月桂酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯及亚磷酸三苯酯中的至少一种。
作为本发明的电池隔离膜的一种优选方案，所述聚合物为熔点高于150℃的聚合物。
作为本发明的电池隔离膜的一种优选方案，所述聚合物包括：聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙烯丙烯共聚物、偏氟乙烯六氟丙烯共聚物及偏氟乙烯四氟乙烯六氟丙烯三元共聚物中的至少一种。
作为本发明的电池隔离膜的一种优选方案，所述无机填料包括：氧化铝、氢氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、氧化锆及硫酸钡中的至少一种。
作为本发明的一种优选方案，所述电池隔离膜的厚度为5～35μm，微孔孔径为30～80nm，孔隙率为30～60％，闭孔温度与破膜温度差为50～70℃，热收缩率为0.5～2.5％。
本发明还提供一种电池隔膜的制备方法，所述电池隔离膜的制备方法包括：
将高分子聚乙烯、成孔剂及抗氧化剂以按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述成孔剂的重量为100～500份，所述抗氧化剂的重量为0.1～10份的配比混合，以得到第一混合物；
将聚合物及无机填料以按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述聚合物的重量为5～100份，所述无机填料的重量为0.1～10份的配比混合，以得到第二混合物；
将所述第一混合物及所述第二混合物分别同时连续挤出，以得到中间层为第一混合物、上下两层为第二混合物的三层叠层结构；
将所述三层叠层结构进行流延铸片，以得到带状物；
将所述带状物进行减压蒸馏双向拉伸成薄膜，以去除所述带状物中的所述成孔剂；
将所述薄膜进行热定型；
将热定型后的所述薄膜进行收卷，以得到包括第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层的电池隔离膜。
作为本发明的电池隔膜的制备方法的一种优选方案，将所述第一混合物及所述第二混合物分别同时连续挤出，以得到中间层为第一混合物、上下两层为第二混合物的三层叠层结构包括如下步骤：
将所述第一混合物连续加入主挤出机中连续挤出；；
将所述第二混合物连续加入辅挤出机中连续挤出；
将所述主挤出机连续挤出的所述第一混合物及所述辅挤出机连续挤出的所述第二混合物连续加入三层共挤模头内，所述三层共挤模头包括由下至上依次设置的下层狭缝、中层狭缝及上层狭缝；其中，所述主挤出机连续挤出的所述第一混合物连续加入所述中层狭缝中连续挤出，所述辅挤出机连续挤出的所述第二混合物连续加入所述下层狭缝及所述上层狭缝中连续挤出，以得到所述三层叠层结构。
作为本发明的电池隔膜的制备方法的一种优选方案，将所述三层叠层结构进行流延铸片，以得到带状物的具体方法为将所述三层叠层结构挤出至流延冷却辊上，并于流延温度下流延呈所述带状物。
作为本发明的电池隔膜的制备方法的一种优选方案，将所述带状物进行减压蒸馏双向拉伸成薄膜，以去除所述带状物中的所述成孔剂的具体方法为：将所述带状物置于减压蒸馏室中进行减压蒸馏，同时送入双向拉伸机将所述带状物进行拉伸。
作为本发明的电池隔膜的制备方法的一种优选方案，将所述薄膜进行热定型的温度为100～150℃；热定型的时间为10～20分钟。
本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上述任一方案中所述的电池隔离膜。
本发明还提供一种锂离子电池的制备方法，所述锂离子电池的制备方法包括采用如上述任一方案中所述的电池隔离膜的制备方法制备电池隔离膜的步骤。
如上所述，本发明的电池隔离膜、锂离子电池及其制备方法，具有以下有益效果：本发明的电池隔离膜采用包括一层第一聚合物组合物层及两层第二聚合物组合物层的三层结构，具有表面耐热性好、闭孔温度和破膜温度差较高、热收缩率小、微孔孔径小、孔隙率高等优点。
附图说明
图1显示为本发明提供的电池隔离膜的结构示意图。
图2显示为本发明提供的电池隔离膜的制备方法的流程图。
组件标号说明
1 电池隔离膜
11 第一聚合物组合物层
12 第二聚合物组合物层
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图示所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中部”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
请查阅图1，本发明提供一种电池隔离膜，所述电池隔离膜包括：第一聚合物组合物,1及贴置于所述第一聚合物组合物层1上表面与下表面的第二聚合物组合物层2；所述第一聚合物组合物层1的制备原料包括：高分子量聚乙烯、成孔剂及抗氧化剂，其中，按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述成孔剂的重量为100～500份，所述抗氧化剂的重量为0.1～10份；所述第二聚合物组合物层2的制备原料包括：聚合物及无机填料，其中，按所述第一聚合物组合物层1中的所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述聚合物的重量为5～100份，所述无机填料的重量为0.1～10份。
作为示例，所述高分子量聚乙烯的平均分子量为1.0×105～1.0×107道尔顿，优选地，所述高分子量聚乙烯的平均分子量为1.0×105～5.0×106道尔顿；更为优选地，所述高分子量聚乙烯的平均分子量为1.0×105～2.0×106道尔顿。
作为示例，所述高分子量聚乙烯的密度为0.940～0.976g/cm3；优选地，所述高分子量聚乙烯的密度为0.940～0.966g/cm3；更为优选地，所述高分子量聚乙烯的密度为0.950～0.966g/cm3。
需要说明的是，所述高分子量聚乙烯可以为一种平均分子量的高分子量聚乙烯，也可以为两种或多种平均分子量高分子量聚乙烯的混合物。
作为示例，所述成孔剂可以包括：天然矿物油、C6-15烷烃、C8-15脂族羧酸、C8-15脂族羧酸C1-4烷酯、C2-6卤代烷烃、邻苯二甲酸酯、偏苯三酸酯、己二酸酯、癸二酸酯、马来酸酯、苯甲酸酯、环氧植物油、苯磺酰胺、磷酸三酯、二元醇醚、乙酰单酸甘油乙酯、柠檬酸酯及环己烷-1,2-二羧酸二异壬酯中的至少一种。
作为示例，所述天然矿物油可以包括CAS：8020-83-5、8042-47-5；MDL：MFCD00131611；EINECS：232-455-8等。
作为示例，所述C6-15烷烃可以包括萘烷、癸烷、十一烷或十二烷等。
作为示例，所述C8-15脂族羧酸C1-4烷酯可以包括癸酸甲酯、癸酸乙酯、癸酸丙酯、癸酸正丁酯、十一碳酸甲酯、十一碳酸乙酯、十一碳酸丙酯、十一碳酸正丁酯、十二碳酸甲酯、十二碳酸乙酯、十二碳酸丙酯或十二碳酸正丁酯等。
作为示例，所述C2-6卤代烷烃可以包括二氯乙烷、二氯丙烷、氟氯乙烷或氟氯丙烷等。
作为示例，所述成孔剂40℃运动粘度为10mm2/s～100mm2/s；优选地，所述成孔剂40℃运动粘度为20mm2/s～80mm2/s；更为优选地，所述成孔剂40℃运动粘度为30mm2/s～70mm2/s。
作为示例，所述成孔剂的初馏点大于或等于110℃。
优选地，按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述成孔剂的重量为200～500份；更为优选地，按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述成孔剂的重量为200～400份。
作为示例，所述抗氧化剂包括：4,4-硫代双(6-叔丁基间甲酚)、二丁基羟基甲苯、亚磷酸酯、特丁基对苯二酚、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4羟基-5-叔丁苯基)丁烷、2-特丁基-6-甲基苯酚、N，N’-二-β-萘基对苯二胺、硫代二丙酸双月桂酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯及亚磷酸三苯酯中的至少一种。
优选地，按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述抗氧化剂的重量为0.5～8份；更为优选地，按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述抗氧化剂的重量为1～6份。
作为示例，所述聚合物为熔点高于150℃的聚合物。
作为示例，所述聚合物包括：聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙烯丙烯共聚物、偏氟乙烯六氟丙烯共聚物及偏氟乙烯四氟乙烯六氟丙烯三元共聚物中的至少一种。
优选地，按所述第一聚合物组合物层中的所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述聚合物的重量为10～80份；更为优选地，按所述第一聚合物组合物层中的所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述聚合物的重量为20份～50份。
作为示例，所述无机填料包括：氧化铝、氢氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、氧化锆及硫酸钡中的至少一种。
优选地，按所述第一聚合物组合物层中的所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述无机填料的重量为0.5～8份；更为优选地，按所述第一聚合物组合物层中的所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述无机填料的重量为1份～5份。
作为示例，所述电池隔离膜的厚度为5～35μm，微孔孔径为30～80nm，孔隙率为30～60％，闭孔温度与破膜温度差为50～70℃，热收缩率为0.5～2.5％。
请参阅图2，本发明还提供一种电池隔膜的制备方法，所述电池隔离膜的制备方法用于制备上述方案中所述的电池隔离膜，所述电池隔离膜的制备方法包括：
1)将高分子聚乙烯、成孔剂及抗氧化剂以按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述成孔剂的重量为100～500份，所述抗氧化剂的重量为0.1～10份的配比混合，以得到第一混合物；
2)将聚合物及无机填料以按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述聚合物的重量为5～100份，所述无机填料的重量为0.1～10份的配比混合，以得到第二混合物；
3)将所述第一混合物及所述第二混合物分别同时连续挤出，以得到中间层为第一混合物、上下两层为第二混合物的三层叠层结构；
4)将所述三层叠层结构进行流延铸片，以得到带状物；
5)将所述带状物进行减压蒸馏双向拉伸成薄膜，以去除所述带状物中的所述成孔剂；
6)将所述薄膜进行热定型；
7)将热定型后的所述薄膜进行收卷，以得到包括第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层的电池隔离膜。
在步骤1)中，请参阅图2中的S1步骤，将高分子聚乙烯、成孔剂及抗氧化剂以按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述成孔剂的重量为100～500份，所述抗氧化剂的重量为0.1～10份的配比混合，以得到第一混合物。
作为示例，将所述高分子聚乙烯、所述抗氧化剂及所述成孔剂按上述配比加入第一连续配料加料釜中，搅拌混合均匀，以得到所述第一混合物；搅拌的速度可以根据实际需要设定，在一示例中，搅拌的速度可以为但不仅限于50转/分；当然，在其他示例中，搅拌的速度还可以为其他任意数值。
作为示例，所述高分子聚合物、所述成孔剂及所述抗氧化剂的种类及特性分别与上述电池隔离膜部分中所述的高分子聚合物、成孔剂及抗氧化剂的种类及特性相同，详见所述电池隔离膜部分的相关描述，此处不再累述。
在步骤2)中，请参阅图2中的S2步骤，将聚合物及无机填料以按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述聚合物的重量为5～100份，所述无机填料的重量为0.1～10份的配比混合，以得到第二混合物。
作为示例，执行步骤1)的同时，将聚合物及无机填料按上述配比加入第二连续配料加料釜中，搅拌混合均匀，以得到所述第二混合物；搅拌的速度可以根据实际需要设定，在一示例中，搅拌的速度可以为但不仅限于50转/分；当然，在其他示例中，搅拌的速度还可以为其他任意数值。
作为示例，所述聚合物及所述无机填料的种类及特性分别与上述电池隔离膜部分中所述的聚合物及所述无机填料的种类及特性相同，详见所述电池隔离膜部分的相关描述，此处不再累述。
在步骤3)中，请参阅图2中的S3步骤，将所述第一混合物及所述第二混合物分别同时连续挤出，以得到中间层为第一混合物、上下两层为第二混合物的三层叠层结构。
作为示例，将所述第一混合物及所述第二混合物分别同时连续挤出，以得到中间层为第一混合物、上下两层为第二混合物的三层叠层结构包括如下步骤：
3-1)将所述第一混合物连续加入主挤出机中连续挤出；所述主挤出机可以为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或多螺杆挤出机，也可以为现有其他任意一种形式的挤出机；所述主挤出机连续挤出的速度可以根据实际需要进行设定，在一示例中，所述主挤出机连续挤出的速度可以为200转/分；当然，在其他示例中，所述主挤出机连续挤出的速度还可以为其他任意数值；
3-2)将所述第二混合物连续加入辅挤出机中连续挤出；所述辅挤出机可以为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或多螺杆挤出机，也可以为现有其他任意一种形式的挤出机；所述辅挤出机连续挤出的速度可以根据实际需要进行设定，在一示例中，所述辅挤出机连续挤出的速度可以为200转/分；当然，在其他示例中，所述辅挤出机连续挤出的速度还可以为其他任意数值；
3-3)将所述主挤出机连续挤出的所述第一混合物及所述辅挤出机连续挤出的所述第二混合物连续加入三层共挤模头内，所述三层共挤模头包括由下至上依次设置的下层狭缝、中层狭缝及上层狭缝；其中，所述主挤出机连续挤出的所述第一混合物连续加入所述中层狭缝中连续挤出，所述辅挤出机连续挤出的所述第二混合物连续加入所述下层狭缝及所述上层狭缝中连续挤出，以得到所述三层叠层结构。
在步骤4)中，请参阅图2中的S4步骤，将所述三层叠层结构进行流延铸片，以得到带状物。
作为示例，将所述三层叠层结构进行流延铸片，以得到带状物的具体方法为将所述三层叠层结构挤出至流延冷却辊上，并于流延温度下流延呈所述带状物。
作为示例，所述流延温度可以为50～100℃，优选地，本实施例中，所述流延温度为80℃。
在步骤5)中，请参阅图2中的S5步骤，将所述带状物进行减压蒸馏双向拉伸成薄膜，以去除所述带状物中的所述成孔剂。
作为示例，将所述带状物进行减压蒸馏双向拉伸成薄膜，以去除所述带状物中的所述成孔剂的具体方法为：将所述带状物置于减压蒸馏室中进行减压蒸馏，同时送入双向拉伸机将所述带状物进行拉伸，即可得到去除所述成孔剂的薄膜。
在步骤6)中，请参阅图2中的S6步骤，将所述薄膜进行热定型。
作为示例，热定型的温度及热定型时间可以根据实际需要进行设定；优选地，热定型的温度为100～150℃；热定型的时间为10～20分钟；更优选地，热定型的温度为120℃；热定型的时间为15分钟。
在步骤7)中，请参阅图1中的S7步骤，将热定型后的所述薄膜进行收卷，以得到包括第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层的电池隔离膜。
作为示例，将热定型后的薄膜置于收卷设备中进行收卷即可得到包括第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层的电池隔离膜。
作为示例，将热定型后的薄膜进行收卷的速度可以根据实际需要进行设定，优选地，将热定型后的薄膜进行收卷的速度可以为20～100米/分；更为优选地，将热定型后的薄膜进行收卷的速度为50米/分。
上述的电池隔离膜的制备方法完全摒弃了现有湿法工艺中的萃取工艺，有效突破了现有电池隔离膜生产速度的瓶颈，且该方法制备的电池隔离膜具有优异的综合性能：譬如，微孔孔径小、均匀集中的孔径分布、孔隙率高和膜强度，同时，该方法制备的电池隔离膜形成的电池隔离膜两面具有更为接近的微观形貌。此外，本发明的电池隔离膜的制备方法相较于现有技术中的湿法工艺还具有能耗低、生产成本低的优点。
下面结合具体实施例，对本发明进行进一步说明。在给出具体实施例之前，为了便于理解后续的性能测试结构，先将各性能测试所用到的测试仪器及测试方法说明如下：
1.厚度
采用德国马尔薄膜测厚仪1216根据GB/T6672-2001塑料薄膜与薄片厚度的测定方法测定。
2.电阻
采用万用表在隔离膜相距10cm的两个点上测得，采用的结果为不同的测量点上10次测定的平均值。
3.透气值
采用Gurley透气度测试仪4110根据GB/T1037塑料薄膜和片材透水蒸汽性试验方法进行测定。
4.孔隙率
采用PMI AAQ-3K-A-1全自动压水仪测定。
5.孔径
采用PMI AAQ-3K-A-1全自动压水仪测定。
6.刺穿强度
采用上海倾技QJ210A万能试验机根据GB/T 2679.7纸板戳穿强度进行测定。
7.拉伸强度
采用上海倾技QJ210A万能试验机根据ASTM d882-2002塑料薄片的拉伸标准测试方法进行测定。
8.收缩率
在常温(23℃)试验环境下测量隔膜上两点之间的距离L0，将试样放置于120℃±1℃烘箱中的不锈钢加上，保温1h后取出，待隔膜冷却到常温试验环境时，测量隔膜上两点之间的距离L1，收缩率S按以下公式计算：S＝(L0-L1)/L0×100％。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
将100克密度为0.957g/cm3的，平均分子量为5.0×105高分子量聚乙烯，0.5克抗氧剂，300克40℃运动粘度为50mm2/s的矿物油加入第一连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到第一混合物。与此同时，将30克熔点为165℃的聚丙烯与1克氧化铝加入第二连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到第二混合物。
将所述第一混合物连续加入主挤出机中，在180℃条件下，所述高分子量聚乙烯，抗氧剂在双螺杆挤出机中连续溶解于矿物油中，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出；将所述第二混合物连续加入辅挤出机中，在200℃条件下，所述聚丙烯与所述氧化铝相互混合均匀，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出。
连续挤出的所述第一混合物及所述第二混合物进入到三层共挤模头内，所述三层共挤模头包括由下至上依次设置的下层狭缝、中层狭缝及上层狭缝；其中，所述主挤出机连续挤出的所述第一混合物连续加入所述中层狭缝中，且所述辅挤出机连续挤出的所述第二混合物连续加入所述下层狭缝及所述上层狭缝中，通过狭缝模头挤出到流延冷却辊，在80℃条件下流延成带状物，同时送入双向拉伸机进行拉伸，用以除去带状物中的矿物油。将所得薄膜在120℃条件下热定型贴合15分钟，将薄膜以50米/分的速度收卷，最终得到包括第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层的三层共挤电池隔离膜。
将本实施例中得到的电池隔离膜采用上述测试仪器及测试方法进行测试，测试结果如下：
实施例2
将100克密度为0.957g/cm3的，平均分子量为5.0×105高分子量聚乙烯，0.5克抗氧剂，300克40℃运动粘度为50mm2/s的矿物油加入第一连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到第一混合物。与此同时，将30克熔点为165℃的聚丙烯与5克氧化铝加入第二连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到第二混合物。
将所述第一混合物连续加入主挤出机中，在180℃条件下，所述高分子量聚乙烯，抗氧剂在双螺杆挤出机中连续溶解于矿物油中，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出；将所述第二混合物连续加入辅挤出机中，在200℃条件下，所述聚丙烯与所述氧化铝相互混合均匀，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出。
连续挤出的所述第一混合物及所述第二混合物进入到三层共挤模头内，所述三层共挤模头包括由下至上依次设置的下层狭缝、中层狭缝及上层狭缝；其中，所述主挤出机连续挤出的所述第一混合物连续加入所述中层狭缝中，且所述辅挤出机连续挤出的所述第二混合物连续加入所述下层狭缝及所述上层狭缝中，通过狭缝模头挤出到流延冷却辊，在80℃条件下流延成带状物，同时送入双向拉伸机进行拉伸，用以除去带状物中的矿物油。将所得薄膜在120℃条件下热定型贴合15分钟，将薄膜以50米/分的速度收卷，最终得到包括第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层的三层共挤电池隔离膜。
将本实施例中得到的电池隔离膜采用上述测试仪器及测试方法进行测试，测试结果如下：
实施例3
将100克密度为0.957g/cm3的，平均分子量为5.0×105高分子量聚乙烯，0.5克抗氧剂，300克40℃运动粘度为50mm2/s的矿物油加入第一连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到第一混合物。与此同时，将30克熔点为170℃的聚偏氟乙烯与1克氧化铝加入第二连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到第二混合物。
将所述第一混合物连续加入主挤出机中，在180℃条件下，所述高分子量聚乙烯，抗氧剂在双螺杆挤出机中连续溶解于矿物油中，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出；将所述第二混合物连续加入辅挤出机中，在200℃条件下，所述聚偏氟乙烯与所述氧化铝相互混合均匀，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出。
连续挤出的所述第一混合物及所述第二混合物进入到三层共挤模头内，所述三层共挤模头包括由下至上依次设置的下层狭缝、中层狭缝及上层狭缝；其中，所述主挤出机连续挤出的所述第一混合物连续加入所述中层狭缝中，且所述辅挤出机连续挤出的所述第二混合物连续加入所述下层狭缝及所述上层狭缝中，通过狭缝模头挤出到流延冷却辊，在80℃条件下流延成带状物，同时送入双向拉伸机进行拉伸，用以除去带状物中的矿物油。将所得薄膜在120℃条件下热定型贴合15分钟，将薄膜以50米/分的速度收卷，最终得到包括第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层的三层共挤电池隔离膜。
将本实施例中得到的电池隔离膜采用上述测试仪器及测试方法进行测试，测试结果如下：
实施例4
将100克密度为0.957g/cm3的，平均分子量为5.0×105高分子量聚乙烯，0.5克抗氧剂，300克40℃运动粘度为50mm2/s的矿物油加入第一连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到第一混合物。与此同时，将30克熔点为170℃的聚偏氟乙烯与5克氧化铝加入第二连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到第二混合物。
将所述第一混合物连续加入主挤出机中，在180℃条件下，所述高分子量聚乙烯，抗氧剂在双螺杆挤出机中连续溶解于矿物油中，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出；将所述第二混合物连续加入辅挤出机中，在200℃条件下，所述聚偏氟乙烯与所述氧化铝相互混合均匀，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出。
连续挤出的所述第一混合物及所述第二混合物进入到三层共挤模头内，所述三层共挤模头包括由下至上依次设置的下层狭缝、中层狭缝及上层狭缝；其中，所述主挤出机连续挤出的所述第一混合物连续加入所述中层狭缝中，且所述辅挤出机连续挤出的所述第二混合物连续加入所述下层狭缝及所述上层狭缝中，通过狭缝模头挤出到流延冷却辊，在80℃条件下流延成带状物，同时送入双向拉伸机进行拉伸，用以除去带状物中的矿物油。将所得薄膜在120℃条件下热定型贴合15分钟，将薄膜以50米/分的速度收卷，最终得到包括第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层的三层共挤电池隔离膜。
将本实施例中得到的电池隔离膜采用上述测试仪器及测试方法进行测试，测试结果如下：
比较例1
将100克密度为0.957g/cm3的，平均分子量为5.0×105高分子量聚乙烯，0.5克抗氧剂，300克40℃运动粘度为50mm2/s的矿物油加入连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到混合物。
将混合物连续加入挤出机中，在180℃条件下，所述高分子量聚乙烯，抗氧剂在双螺杆挤出机中连续溶解于矿物油中，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出。
连续挤出的混合物进入到狭缝模头内，通过狭缝模头挤出到流延冷却辊，在80℃条件下流延成带状物，同时送入双向拉伸机进行拉伸，用以除去带状物中的矿物油。将所得薄膜在120℃条件下热定型15分钟，将薄膜以50米/分的速度收卷，最终得到单层电池隔离膜。
将本实施例中得到的电池隔离膜采用上述测试仪器及测试方法进行测试，测试结果如下：
比较例2
将100克密度为0.957g/cm3的，平均分子量为5.0×105高分子量聚乙烯，0.5克抗氧剂，300克40℃运动粘度为50mm2/s的矿物油加入第一连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到混合物。与此同时，将30克熔点为165℃的聚丙烯加入第二连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀。
将含有矿物油的混合物连续加入主挤出机中，在180℃条件下，所述高分子量聚乙烯，抗氧剂在双螺杆挤出机中连续溶解于矿物油中，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出；将含有聚丙烯的原料连续加入辅挤出机中，在200℃条件下，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出。
连续挤出的混合物及聚丙烯进入到三层共挤模头内，所述三层共挤模头包括由下至上依次设置的下层狭缝、中层狭缝及上层狭缝；其中，所述主挤出机连续挤出的含有矿物油的混合物连续加入所述中层狭缝中，且所述辅挤出机连续挤出的聚丙烯连续加入所述下层狭缝及所述上层狭缝中，通过狭缝模头挤出到流延冷却辊，在80℃条件下流延成带状物，同时送入双向拉伸机进行拉伸，用以除去带状物中的矿物油。将所得薄膜在120℃条件下热定型贴合15分钟，将薄膜以50米/分的速度收卷，最终得到三层共挤电池隔离膜。
将本实施例中得到的电池隔离膜采用上述测试仪器及测试方法进行测试，测试结果如下：
比较例3
将100克密度为0.957g/cm3的，平均分子量为5.0×105高分子量聚乙烯，0.5克抗氧剂，300克40℃运动粘度为50mm2/s的矿物油加入第一连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，以得到混合物。与此同时，将30克熔点为170℃的聚偏氟乙烯加入第二连续配料加料釜中，以50转/分的速度搅拌，将原料混合均匀。
将含有矿物油的混合物连续加入主挤出机中，在180℃条件下，所述高分子量聚乙烯，抗氧剂在双螺杆挤出机中连续溶解于矿物油中，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出；将含有聚偏氟乙烯的原料连续加入辅挤出机中，在200℃条件下，再由双螺杆挤出机以200转/分的速度连续挤出。
连续挤出的混合物及聚偏氟乙烯进入到三层共挤模头内，所述三层共挤模头包括由下至上依次设置的下层狭缝、中层狭缝及上层狭缝；其中，所述主挤出机连续挤出的含有矿物油的混合物连续加入所述中层狭缝中，且所述辅挤出机连续挤出的聚偏氟乙烯连续加入所述下层狭缝及所述上层狭缝中，通过狭缝模头挤出到流延冷却辊，在80℃条件下流延成带状物，同时送入双向拉伸机进行拉伸，用以除去带状物中的矿物油。将所得薄膜在120℃条件下热定型贴合15分钟，将薄膜以50米/分的速度收卷，最终得到三层共挤电池隔离膜。
将本实施例中得到的电池隔离膜采用上述测试仪器及测试方法进行测试，测试结果如下：
从以上实验结果可以看出，单层挤出的电池隔膜其热收缩较大，闭孔温度和破膜温度的温差相对较小；在三层共挤不添加无机物的情况下，热收缩有所改善，闭孔温度和破膜温度的温差有所提升，但改善程度有限；在三层共挤添加无机物的情况下，热收缩和闭孔温度和破膜温度的温差均得到很好改善。
本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如上述任一方案中所述的电池隔离膜。
本发明还提供一种锂离子电池的制备方法，所述锂离子电池的制备方法包括采用如上述任一方案中所述的电池隔离膜的制备方法制备电池隔离膜的步骤。
综上所述，本发明提供一种电池隔离膜、锂离子电池及其制备方法，所述电池隔离膜包括：第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层；所述第一聚合物组合物层的制备原料包括：高分子量聚乙烯、成孔剂及抗氧化剂，其中，按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述成孔剂的重量为100～500份，所述抗氧化剂的重量为0.1～10份；所述第二聚合物组合物层的制备原料包括：聚合物及无机填料，其中，按所述第一聚合物组合物层中的所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述聚合物的重量为5～100份，所述无机填料的重量为0.1～10份。本发明的电池隔离膜采用包括一层第一聚合物组合物层及两层第二聚合物组合物层的三层结构，具有表面耐热性好、闭孔温度和破膜温度差较高、热收缩率小、微孔孔径小、孔隙率高等优点。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种电池隔离膜，其特征在于，所述电池隔离膜包括：
第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层；所述第一聚合物组合物层的制备原料包括：高分子量聚乙烯、成孔剂及抗氧化剂，其中，按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述成孔剂的重量为100～500份，所述抗氧化剂的重量为0.1～10份；所述第二聚合物组合物层的制备原料包括：聚合物及无机填料，其中，按所述第一聚合物组合物层中的所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述聚合物的重量为5～100份，所述无机填料的重量为0.1～10份。
2.根据权利要求1所述的电池隔离膜，其特征在于：所述高分子量聚乙烯的平均分子量为1.0×105～1.0×107，所述高分子量聚乙烯的密度为0.940～0.976g/cm3。
3.根据权利要求1所述的电池隔离膜，其特征在于：所述成孔剂包括：天然矿物油、C6-15烷烃、C8-15脂族羧酸、C8-15脂族羧酸C1-4烷酯、C2-6卤代烷烃、邻苯二甲酸酯、偏苯三酸酯、己二酸酯、癸二酸酯、马来酸酯、苯甲酸酯、环氧植物油、苯磺酰胺、磷酸三酯、二元醇醚、乙酰单酸甘油乙酯、柠檬酸酯及环己烷-1,2-二羧酸二异壬酯中的至少一种。
4.根据权利1要求所述的电池隔离膜，其特征在于：所述成孔剂40℃运动粘度为10～100mm2/s；所述成孔剂的初馏点大于或等于110℃。
5.根据权利1要求所述的电池隔离膜，其特征在于：所述抗氧化剂包括：4,4-硫代双(6-叔丁基间甲酚)、二丁基羟基甲苯、亚磷酸酯、特丁基对苯二酚、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳酸酯、1,1,3-三(2-甲基-4羟基-5-叔丁苯基)丁烷、2-特丁基-6-甲基苯酚、N，N’-二-β-萘基对苯二胺、硫代二丙酸双月桂酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯及亚磷酸三苯酯中的至少一种。
6.根据权利1要求所述的电池隔离膜，其特征在于：所述聚合物为熔点高于150℃的聚合物。
7.根据权利6要求所述的电池隔离膜，其特征在于：所述聚合物包括：聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙烯丙烯共聚物、偏氟乙烯六氟丙烯共聚物及偏氟乙烯四氟乙烯六氟丙烯三元共聚物中的至少一种。
8.根据权利1要求所述的电池隔离膜，其特征在于：所述无机填料包括：氧化铝、氢氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、氧化锆及硫酸钡中的至少一种。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电池隔离膜，其特征在于：所述电池隔离膜的厚度为5～35μm，微孔孔径为30～80nm，孔隙率为30～60％，闭孔温度与破膜温度差为50～70℃，热收缩率为0.5～2.5％。
10.一种电池隔离膜的制备方法，其特征在于，所述电池隔离膜的制备方法包括：
将高分子聚乙烯、成孔剂及抗氧化剂以按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述成孔剂的重量为100～500份，所述抗氧化剂的重量为0.1～10份的配比混合，以得到第一混合物；
将聚合物及无机填料以按所述高分子量聚乙烯的重量为100份计，所述聚合物的重量为5～100份，所述无机填料的重量为0.1～10份的配比混合，以得到第二混合物；
将所述第一混合物及所述第二混合物分别同时连续挤出，以得到中间层为第一混合物、上下两层为第二混合物的三层叠层结构；
将所述三层叠层结构进行流延铸片，以得到带状物；
将所述带状物进行减压蒸馏双向拉伸成薄膜，以去除所述带状物中的所述成孔剂；
将所述薄膜进行热定型；
将热定型后的所述薄膜进行收卷，以得到包括第一聚合物组合物层及贴置于所述第一聚合物组合物层上表面与下表面的第二聚合物组合物层的电池隔离膜。
11.根据权利要求10所述的电池隔离膜的制备方法，其特征在于：将所述第一混合物及所述第二混合物分别同时连续挤出，以得到中间层为第一混合物、上下两层为第二混合物的三层叠层结构包括如下步骤：
将所述第一混合物连续加入主挤出机中连续挤出；；
将所述第二混合物连续加入辅挤出机中连续挤出；
将所述主挤出机连续挤出的所述第一混合物及所述辅挤出机连续挤出的所述第二混合物连续加入三层共挤模头内，所述三层共挤模头包括由下至上依次设置的下层狭缝、中层狭缝及上层狭缝；其中，所述主挤出机连续挤出的所述第一混合物连续加入所述中层狭缝中连续挤出，所述辅挤出机连续挤出的所述第二混合物连续加入所述下层狭缝及所述上层狭缝中连续挤出，以得到所述三层叠层结构。
12.根据权利要求10所述的电池隔离膜的制备方法，其特征在于：将所述三层叠层结构进行流延铸片，以得到带状物的具体方法为将所述三层叠层结构挤出至流延冷却辊上，并于流延温度下流延呈所述带状物。
13.根据权利10要求所述的电池隔离膜的制备方法，其特征在于：将所述带状物进行减压蒸馏双向拉伸成薄膜，以去除所述带状物中的所述成孔剂的具体方法为：将所述带状物置于减压蒸馏室中进行减压蒸馏，同时送入双向拉伸机将所述带状物进行拉伸。
14.根据权利10要求所述的电池隔离膜的制备方法，其特征在于：将所述薄膜进行热定型的温度为100～150℃；热定型的时间为10～20分钟。
15.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求1至9中任一项所述的电池隔离膜。
16.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述锂离子电池的制备方法包括采用如权利要求10至14中任一项所述的电池隔离膜的制备方法制备电池隔离膜的步骤。
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