CN109638204A - 一种高强度、复合型锂电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种高强度、复合型锂电池隔膜及其制备方法 Download PDF

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CN109638204A CN201811539758.7A CN201811539758A CN109638204A CN 109638204 A CN109638204 A CN 109638204A CN 201811539758 A CN201811539758 A CN 201811539758A CN 109638204 A CN109638204 A CN 109638204A
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Abstract

本发明涉及锂电池隔膜技术领域，具体涉及一种高强度、复合型锂电池隔膜及其制备方法；所述的高强度、复合型锂电池隔膜的物质组成为：质量份数计的100‑120份的基体料、20‑30份的增强剂、5‑10份的增韧剂、10‑20份的大分子致孔剂、2‑5份的抗氧化剂、10‑15份的辅助剂、2‑5份的润滑剂；本发明所述的锂电池隔膜是采用吹膜成型、大分子致孔的方式进行制备的，其具有耐高温性能好、闭孔温度和破膜温度差相对较高等特点，在电池使用过程中工作温度发生升高时，能够迅速关闭电解质离子的迁移通道，切断离子的通过，保证电池使用的安全。

Description

一种高强度、复合型锂电池隔膜及其制备方法
技术领域
本发明属于锂电池隔膜技术领域，具体涉及一种高强度、复合型锂电池隔膜及其制备方法。
背景技术
现如今，动力锂电池通常主要是由正极、负极、隔膜、电解液以及锂电池外壳等部件组成的，在动力离子锂电池结构中，隔膜是非常关键的内部组件。而隔膜的主要作用是将锂电池的正、负极材料分隔开来，防止正负极材料的直接接触而发生短路现象，同时还要使电解液中的离子能够在锂电池中顺利通过，形成电流；在锂电池工作过程中温度升高时，能够在一定温度下关闭电解质离子的迁移通道，切断离子的通过，保证锂电池使用的安全性；同时隔膜还必须具有较强的抗击穿的能力。因此，隔膜性能的好坏决定了锂电池的界面结构、内阻大小等性能，同时将直接影响锂电池的电容量、循环使用次数以及使用安全性能等特性，而性能优异的隔膜对提高锂电池的综合性能具有非常重要的作用。锂电池隔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，这些参数的大小决定着锂电池的性能。
中国专利CN107978716A公开了一种锂电池隔膜，包括第一聚烯烃层、中间层和第二聚烯烃层，所述中间层为多孔聚合物膜，所述第一聚烯烃层和所述第二聚烯烃层均由基体层及喷涂与所述基体层上的纳米无机氧化物层组成。相应地，本发明还公开了一种锂电池薄膜的制备方法，包括纳米无机氧化物溶液的制备步骤、第一聚烯烃层和第二聚烯烃层的制备步骤、中间层的制备步骤、拉伸造孔处理步骤、在线收卷步骤。本发明的锂电池隔膜具有优良的耐高温性能、优良的机械性能以及较小的收缩率，拓展了锂电池隔膜的应用范围。但该方法制备的膜强度相对较低，容易被击穿。
中国专利CN107706342A公开了一种锂电池隔膜、锂离子锂电池及其制备方法，锂电池隔膜包括：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。本发明的锂电池隔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。但该方法制备的膜强度相对较低，容易被击穿。
中国专利CN108807786A公开了一种用于锂电池隔离的增强膜及其制备方法，其特征在于；采用双向拉伸后的膨体聚四氟乙烯微孔滤膜，纵向拉伸强度达到25-30Mpa，横向拉伸强度达到20-25Mp，纵向弹性模量达到70-80Mpa，横向拉伸强度达到50-60Mpa，纵向和横向最大力达到3-4N。制备步骤：混料-推压-挤压-压延-去除润滑剂-纵向拉伸-热处理-冷却定型-横向拉伸-热定型-冷却定型。本发明通过多道拉伸、超过正常熔点的热处理及冷却的工艺进行制备，工艺合理，制备的膜是排列整齐结晶型结构膜，结节小、拉伸强度大、弹性模量高，抗蠕变性、硬度及尺寸稳定性等，纵横向双向拉伸强度接近，不仅使锂电池隔膜的尺寸稳定性更好，机械性能更高，而且显著降低锂电池内阻而提高锂电池性能，降低膜材料用量，降低成本。但是，该方法需要通过加入另外一种膜，增加了膜的使用成本，同时也会导致膜的电阻较大，会促使锂电池内部温度的升高。
发明内容
为了达到背景技术中的目的，本发明提出的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法；
本发明是通过如下技术方案实现的。
一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：
一种高强度、复合型锂电池隔膜的物质组成为：质量份数计的100-120份的基体料、20-30份的增强剂、5-10份的增韧剂、10-20份的大分子致孔剂、2-5份的抗氧化剂、10-15份的辅助剂、2-5份的润滑剂；
所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：将质量份数计的100-120份的基体料、20-30份的增强剂、5-10份的增韧剂、10-20份的大分子致孔剂、2-5份的抗氧化剂、10-15份的辅助剂、2-5份的润滑剂加入混料机中进行混合，混合均匀后，将物料加入双螺杆吹膜机中进行吹膜成型，控制其吹膜的空气压力，来进行控制膜的厚度，得到厚度在10-40微米的膜，然后将其在80-90℃的进行水洗5-10小时，水洗完全后，将其在30-40℃的水中进行漂洗2-3次，然后在50-60℃条件下进行干燥，干燥后将其进行收卷，得到的物质就是高强度、复合型锂电池隔膜。
进一步地，所述的基体料为：将质量份数计的80-100份的高密度聚乙烯、30-50份的中密度聚乙烯、5-10份的硫化聚乙烯、20-30份的超高密度聚乙烯加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是基体料。
进一步地，所述的增强剂为：将质量份数计的30-40份的聚苯乙烯、10-20份的聚酰亚胺、4-8份的聚联苯酸加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是增强剂。
进一步地，所述的增韧剂为：将质量份数计的10-15份的PA66、5-10份的聚甲基丙烯酸甲酯、6-12份的聚丙烯丁酯、3-6份的ABS加入混料机中混合均匀后得到的物质，该物质就是增韧剂。
进一步地，所述的大分子致孔剂为：将质量份数计的20-30份的丙烯酸、1-2份的KPS、80-100份的水、4-6份的十二烷基磺酸钠加入反应釜中，在80℃条件下反应6小时后，将20-30份的氢氧化钠加入反应釜中，进行反应3小时后，将得到的物质进行喷雾干燥，干燥后得到的物质就是大分子致孔剂。
进一步地，所述的抗氧化剂为：将质量份数计的4-8份碳甲基苯酚、8-10份的对苯酚磺酸钠、6-8份的苯胺、5-10份的亚磷酸三苯酯加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是抗氧化剂。
进一步地，所述的辅助剂为：将质量份数计的8-12份纳米二氧化硅、5-10份的纳米二氧化钛、4-8份的碳化硅、6-10份的碳纤维素加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是辅助剂。
进一步地，所述的润滑剂为：将质量份数计的5-8份的PE蜡和4-6份的硬脂酸钠加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是润滑剂。
附图说明
图1是本发明提出的高强度、复合型锂电池隔膜的制造工艺流程图
有益效益
(1)本发明制备的电池隔离膜是采用吹膜成型、大分子致孔的方式进行制备的，其具有耐高温性能好、闭孔温度和破膜温度差相对较高等特点，在电池使用过程中工作温度发生升高时，能够迅速关闭电解质离子的迁移通道，切断离子的通过，保证电池使用的安全；
(2)本发明通过加入基体料、增强剂、增韧剂、大分子致孔剂、抗氧化剂、辅助剂、润滑剂等多种物质进行组合，制备的复合膜具有较高的抗击穿的能力、膜强度较高、热收缩率小、微孔孔径小和发布均匀、孔隙率高等优点；
(3)本发明通过制备的隔膜具有较高的强度，使用范围较为广泛，成本相对较低。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合实验数据，对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
实施例1
一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：
一种高强度、复合型锂电池隔膜的物质组成为：质量份数计的120份的基体料、24份的增强剂、9份的增韧剂、12份的大分子致孔剂、2份的抗氧化剂、12份的辅助剂、3份的润滑剂；
所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：将质量份数计的120份的基体料、24份的增强剂、9份的增韧剂、12份的大分子致孔剂、2份的抗氧化剂、12份的辅助剂、3份的润滑剂加入混料机中进行混合，混合均匀后，将物料加入双螺杆吹膜机中进行吹膜成型，控制其吹膜的空气压力，来进行控制膜的厚度，得到厚度在10-40微米的膜，然后将其在80-90℃的进行水洗5-10小时，水洗完全后，将其在30-40℃的水中进行漂洗2-3次，然后在50-60℃条件下进行干燥，干燥后将其进行收卷，得到的物质就是高强度、复合型锂电池隔膜。
进一步地，所述的基体料为：将质量份数计的100份的高密度聚乙烯、40份的中密度聚乙烯、8份的硫化聚乙烯、30份的超高密度聚乙烯加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是基体料。
进一步地，所述的增强剂为：将质量份数计的30份的聚苯乙烯、15份的聚酰亚胺、7份的聚联苯酸加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是增强剂。
进一步地，所述的增韧剂为：将质量份数计的12份的PA66、6份的聚甲基丙烯酸甲酯、12份的聚丙烯丁酯、3份的ABS加入混料机中混合均匀后得到的物质，该物质就是增韧剂。
进一步地，所述的大分子致孔剂为：将质量份数计的28份的丙烯酸、2份的KPS、100份的水、5份的十二烷基磺酸钠加入反应釜中，在80℃条件下反应6小时后，将28份的氢氧化钠加入反应釜中，进行反应3小时后，将得到的物质进行喷雾干燥，干燥后得到的物质就是大分子致孔剂。
进一步地，所述的抗氧化剂为：将质量份数计的7份碳甲基苯酚、9份的对苯酚磺酸钠、6份的苯胺、8份的亚磷酸三苯酯加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是抗氧化剂。
进一步地，所述的辅助剂为：将质量份数计的12份纳米二氧化硅、9份的纳米二氧化钛、5份的碳化硅、9份的碳纤维素加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是辅助剂。
进一步地，所述的润滑剂为：将质量份数计的8份的PE蜡和5份的硬脂酸钠加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是润滑剂。
实施例2
一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：
一种高强度、复合型锂电池隔膜的物质组成为：质量份数计的110份的基体料、25份的增强剂、6份的增韧剂、15份的大分子致孔剂、4份的抗氧化剂、12份的辅助剂、3份的润滑剂；
所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：将质量份数计的110份的基体料、25份的增强剂、6份的增韧剂、15份的大分子致孔剂、4份的抗氧化剂、12份的辅助剂、3份的润滑剂加入混料机中进行混合，混合均匀后，将物料加入双螺杆吹膜机中进行吹膜成型，控制其吹膜的空气压力，来进行控制膜的厚度，得到厚度在10-40微米的膜，然后将其在80-90℃的进行水洗5-10小时，水洗完全后，将其在30-40℃的水中进行漂洗2-3次，然后在50-60℃条件下进行干燥，干燥后将其进行收卷，得到的物质就是高强度、复合型锂电池隔膜。
进一步地，所述的基体料为：将质量份数计的90份的高密度聚乙烯、35份的中密度聚乙烯、6份的硫化聚乙烯、25份的超高密度聚乙烯加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是基体料。
进一步地，所述的增强剂为：将质量份数计的35份的聚苯乙烯、20份的聚酰亚胺、6份的聚联苯酸加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是增强剂。
进一步地，所述的增韧剂为：将质量份数计的12份的PA66、6份的聚甲基丙烯酸甲酯、10份的聚丙烯丁酯、5份的ABS加入混料机中混合均匀后得到的物质，该物质就是增韧剂。
进一步地，所述的大分子致孔剂为：将质量份数计的25份的丙烯酸、2份的KPS、90份的水、5份的十二烷基磺酸钠加入反应釜中，在80℃条件下反应6小时后，将20-30份的氢氧化钠加入反应釜中，进行反应3小时后，将得到的物质进行喷雾干燥，干燥后得到的物质就是大分子致孔剂。
进一步地，所述的抗氧化剂为：将质量份数计的7份碳甲基苯酚、9份的对苯酚磺酸钠、6份的苯胺、7份的亚磷酸三苯酯加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是抗氧化剂。
进一步地，所述的辅助剂为：将质量份数计的10份纳米二氧化硅、10份的纳米二氧化钛、6份的碳化硅、8份的碳纤维素加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是辅助剂。
进一步地，所述的润滑剂为：将质量份数计的6份的PE蜡和5份的硬脂酸钠加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是润滑剂。
实施例3
一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：
一种高强度、复合型锂电池隔膜的物质组成为：质量份数计的120份的基体料、30份的增强剂、10份的增韧剂、20份的大分子致孔剂、5份的抗氧化剂、15份的辅助剂、5份的润滑剂；
所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：将质量份数计的120份的基体料、30份的增强剂、10份的增韧剂、20份的大分子致孔剂、5份的抗氧化剂、15份的辅助剂、5份的润滑剂加入混料机中进行混合，混合均匀后，将物料加入双螺杆吹膜机中进行吹膜成型，控制其吹膜的空气压力，来进行控制膜的厚度，得到厚度在10-40微米的膜，然后将其在80-90℃的进行水洗5-10小时，水洗完全后，将其在30-40℃的水中进行漂洗2-3次，然后在50-60℃条件下进行干燥，干燥后将其进行收卷，得到的物质就是高强度、复合型锂电池隔膜。
进一步地，所述的基体料为：将质量份数计的100份的高密度聚乙烯、50份的中密度聚乙烯、10份的硫化聚乙烯、30份的超高密度聚乙烯加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是基体料。
进一步地，所述的增强剂为：将质量份数计的40份的聚苯乙烯、20份的聚酰亚胺、8份的聚联苯酸加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是增强剂。
进一步地，所述的增韧剂为：将质量份数计的15份的PA66、10份的聚甲基丙烯酸甲酯、12份的聚丙烯丁酯、6份的ABS加入混料机中混合均匀后得到的物质，该物质就是增韧剂。
进一步地，所述的大分子致孔剂为：将质量份数计的30份的丙烯酸、2份的KPS、100份的水、6份的十二烷基磺酸钠加入反应釜中，在80℃条件下反应6小时后，将30份的氢氧化钠加入反应釜中，进行反应3小时后，将得到的物质进行喷雾干燥，干燥后得到的物质就是大分子致孔剂。
进一步地，所述的抗氧化剂为：将质量份数计的8份碳甲基苯酚、10份的对苯酚磺酸钠、8份的苯胺、10份的亚磷酸三苯酯加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是抗氧化剂。
进一步地，所述的辅助剂为：将质量份数计的12份纳米二氧化硅、10份的纳米二氧化钛、8份的碳化硅、10份的碳纤维素加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是辅助剂。
进一步地，所述的润滑剂为：将质量份数计的8份的PE蜡和6份的硬脂酸钠加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是润滑剂。
实施例4
一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：
一种高强度、复合型锂电池隔膜的物质组成为：质量份数计的100份的基体料、20份的增强剂、5份的增韧剂、10份的大分子致孔剂、2份的抗氧化剂、10份的辅助剂、2份的润滑剂；
所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：将质量份数计的100份的基体料、20份的增强剂、5份的增韧剂、10份的大分子致孔剂、2份的抗氧化剂、10份的辅助剂、2份的润滑剂加入混料机中进行混合，混合均匀后，将物料加入双螺杆吹膜机中进行吹膜成型，控制其吹膜的空气压力，来进行控制膜的厚度，得到厚度在10-40微米的膜，然后将其在80-90℃的进行水洗5-10小时，水洗完全后，将其在30-40℃的水中进行漂洗2-3次，然后在50-60℃条件下进行干燥，干燥后将其进行收卷，得到的物质就是高强度、复合型锂电池隔膜。
进一步地，所述的基体料为：将质量份数计的100份的高密度聚乙烯、50份的中密度聚乙烯、10份的硫化聚乙烯、30份的超高密度聚乙烯加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是基体料。
进一步地，所述的增强剂为：将质量份数计的40份的聚苯乙烯、20份的聚酰亚胺、8份的聚联苯酸加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是增强剂。
进一步地，所述的增韧剂为：将质量份数计的15份的PA66、10份的聚甲基丙烯酸甲酯、12份的聚丙烯丁酯、6份的ABS加入混料机中混合均匀后得到的物质，该物质就是增韧剂。
进一步地，所述的大分子致孔剂为：将质量份数计的30份的丙烯酸、2份的KPS、100份的水、6份的十二烷基磺酸钠加入反应釜中，在80℃条件下反应6小时后，将30份的氢氧化钠加入反应釜中，进行反应3小时后，将得到的物质进行喷雾干燥，干燥后得到的物质就是大分子致孔剂。
进一步地，所述的抗氧化剂为：将质量份数计的8份碳甲基苯酚、10份的对苯酚磺酸钠、8份的苯胺、10份的亚磷酸三苯酯加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是抗氧化剂。
进一步地，所述的辅助剂为：将质量份数计的12份纳米二氧化硅、10份的纳米二氧化钛、8份的碳化硅、10份的碳纤维素加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是辅助剂。
进一步地，所述的润滑剂为：将质量份数计的8份的PE蜡和6份的硬脂酸钠加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是润滑剂。
实验分析：
1、力学性能检测
将实施例1-4制备的隔膜和市场购买的普通隔膜进行力学性能测试，其检测结果如下：
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 市售隔离膜
拉伸强度(MPa) 343.5 354.6 347.3 3344.3 258.3
断裂伸长率(％) 142.4％ 143.7％ 142.5％ 141.5％ 96.9％
由上表可以看出本发明制备的隔膜其力学性能优于市场售卖的隔膜，其相对来说，强度很高的同时其韧性也是非常优秀，能够有效的替代市场市场的隔膜。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的。

Claims (8)

1.一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述的高强度、复合型锂电池隔膜的物质组成为：质量份数计的100-120份的基体料、20-30份的增强剂、5-10份的增韧剂、10-20份的大分子致孔剂、2-5份的抗氧化剂、10-15份的辅助剂、2-5份的润滑剂；
所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法为：将质量份数计的100-120份的基体料、20-30份的增强剂、5-10份的增韧剂、10-20份的大分子致孔剂、2-5份的抗氧化剂、10-15份的辅助剂、2-5份的润滑剂加入混料机中进行混合，混合均匀后，将物料加入双螺杆吹膜机中进行吹膜成型，控制其吹膜的空气压力，来进行控制膜的厚度，得到厚度在10-40微米的膜，然后将其在80-90℃的进行水洗5-10小时，水洗完全后，将其在30-40℃的水中进行漂洗2-3次，然后在50-60℃条件下进行干燥，干燥后将其进行收卷，得到的物质就是高强度、复合型锂电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述的基体料为：将质量份数计的80-100份的高密度聚乙烯、30-50份的中密度聚乙烯、5-10份的硫化聚乙烯、20-30份的超高密度聚乙烯加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是基体料。
3.根据权利要求1所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述的增强剂为：将质量份数计的30-40份的聚苯乙烯、10-20份的聚酰亚胺、4-8份的聚联苯酸加入混料机中进行混合，混合均匀后得到的物质，该物质就是增强剂。
4.根据权利要求1所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述的增韧剂为：将质量份数计的10-15份的PA66、5-10份的聚甲基丙烯酸甲酯、6-12份的聚丙烯丁酯、3-6份的ABS加入混料机中混合均匀后得到的物质，该物质就是增韧剂。
5.根据权利要求1所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述的大分子致孔剂为：将质量份数计的20-30份的丙烯酸、1-2份的KPS、80-100份的水、4-6份的十二烷基磺酸钠加入反应釜中，在80℃条件下反应6小时后，将20-30份的氢氧化钠加入反应釜中，进行反应3小时后，将得到的物质进行喷雾干燥，干燥后得到的物质就是大分子致孔剂。
6.根据权利要求1所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述的抗氧化剂为：将质量份数计的4-8份碳甲基苯酚、8-10份的对苯酚磺酸钠、6-8份的苯胺、5-10份的亚磷酸三苯酯加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是抗氧化剂。
7.根据权利要求1所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述的辅助剂为：将质量份数计的8-12份纳米二氧化硅、5-10份的纳米二氧化钛、4-8份的碳化硅、6-10份的碳纤维素加入混料机中进行混合均匀后得到的物质，该物质就是辅助剂。
8.根据权利要求1所述的一种高强度、复合型锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述的润滑剂为：将质量份数计的5-8份的PE蜡和4-6份的硬脂酸钠加入混料机中进行混合均匀后得到的物质。
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