CN112909422A - 一种纤维增强锂电池隔膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，隔膜为具有高强度的纤维增强聚烯烃隔膜；穿刺强度为650‑1000gf，MD方向的拉伸强度为1000‑5000kgf/cm2，TD方向的拉伸强度为1000‑5000kgf/cm2；隔膜的破膜温度为170℃以上。本申请的技术优点在于：(1)采用本申请制备的锂离子电池隔膜力学性能优异，拉伸强度高，有利于全自动生产；穿刺强度高，能降低装配短路率；(2)采用本申请制备的锂离子电池隔膜，亲水性好，电解液在隔膜表面的充分浸润，降低了锂离子电池的内阻，使电池拥有良好的循环性能和较高的充放电性能；(3)采用本申请制备的锂离子电池隔膜，具有较高的破膜温度，有利于提高电池的安全性能。

Description

一种纤维增强锂电池隔膜
技术领域
本发明涉及隔膜生产技术领域，具体的说，是一种纤维增强锂电池隔膜。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高，循环寿命长，自放电率小，绿色环保等优点，锂离子电池已广泛用于笔记本电脑，手机，摄影机等消费电子产品。在锂离子电池的结构中，隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，是关键的内层组件之一。锂离子电池隔膜是锂离子电池核心部件之一，大约占整个锂离子电池成本的20-30％。隔膜性能的好坏对锂电池的发展有着极为重要的影响。随着锂电池应用领域的不断扩张深入，人们对锂电池的性能要求也越发严苛，因此，作为锂电池核心部件之一的隔膜不仅应具有良好的化学稳定性、较低的制造成本，更重要的是要具有优异的热安全性，较高的力学强度。
目前，锂电池隔膜材料主要为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)为代表的聚烯烃类。干法主要为PP为主，湿法主要为聚乙烯为主。但受到聚烯烃本身的缺陷及现有工艺的限制，所得产品的力学性能不足，锂离子电池的锂枝晶可能会刺破隔膜，造成微短路等缺陷。现有多层的微孔膜虽然一定程度上提高了穿刺强度，增加了安全性，但其厚度较厚，也限制了其应用领域。专利号为CN201310671838.9的中国专利公开了一种高强度微孔锂离子电池隔膜的制备方法，该方法将挤出所得中间体膜放入恒温烘箱中进行退火处理，并将经过退火的中间体膜浸入液体介质中或者以使经过退火处理的中间体膜经过液体介质，最后通过纵向拉伸制得微孔膜。该方法无法连续生产，且需要使用大量有机溶剂，力学性能较干法隔膜有所提高，但提升不多，且无法制备厚度较小(厚度小于8μm)的隔膜，在应用领域方面也有着诸多限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纤维增强锂电池隔膜。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，隔膜为具有高强度的纤维增强聚烯烃隔膜。
穿刺强度为650-1000gf，MD方向的拉伸强度为1000-5000kgf/cm2，TD方向的拉伸强度为1000-5000kgf/cm2；
隔膜的破膜温度为170℃以上；
所述隔膜的厚度为3-20微米。
一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，其具体制备方法为：
(1)将聚乙烯和短纤维按重量比4:1～2:1混合制得聚乙烯混合料，将重量比为40:60～90:10的聚乙烯混合料和稀释剂和占聚乙烯混合料和稀释剂总重量的0.05％～20％的偶联剂以及占聚乙烯和短纤维总重量的0.05％～20％的抗氧化剂，共混加工，制得混合物料；
(2)将步骤(1)中的混合物料投入到挤出机中，在160℃-200℃下熔融挤出，冷却成膜，再将隔膜进行同步或异步双向拉伸。
(3)将步骤(2)中拉伸后的膜在卤代烷烃萃取剂中萃取除掉膜中的稀释剂和偶联剂，在经过热定型可以得到纤维增强的锂电池隔膜。
在步骤(1)中，所述高强度高熔点的超细纤维为聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、芳香族聚酯纤维或LCP(液晶聚合物)纤维的一种或几种的混合物；纤维直径小于等于100nm；纤维为集束短纤维；纤维熔点大于230℃。
在步骤(1)中，所述聚乙烯为黏均分子量40-200万的一种或多种。
在步骤(1)中，所述的稀释剂为矿物油或植物油；
所述矿物油为石蜡油或烃类化合物；
所述的植物油为大豆油、玉米油、葵花籽油、橄榄油、花生油、芝麻油中的一种或它们的混合物。
在步骤(1)中，所述的偶联剂为苯磺酸或氨基硅烷偶联剂；偶联剂，一端亲和聚乙烯，另一端亲和纤维，偶联剂，使集束短纤维更好的分散在聚乙烯-稀释剂体系中。
在步骤(2)中，所述异步拉伸，MD方向拉伸倍率为5-12倍，拉伸温度为80-120℃，TD方向拉伸倍率为6-14倍，拉伸温度为100-140℃。
在步骤(2)中，所述卤代烷烃为氯仿、四氯化碳、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷中的一种或它们的混合物。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)采用本申请制备的锂离子电池隔膜力学性能优异，拉伸强度高，有利于全自动生产；穿刺强度高，能降低装配短路率；
(2)采用本申请制备的锂离子电池隔膜，亲水性好，电解液在隔膜表面的充分浸润，降低了锂离子电池的内阻，使电池拥有良好的循环性能和较高的充放电性能。
(3)采用本申请制备的锂离子电池隔膜，具有较高的破膜温度，有利于提高电池的安全性能。
具体实施方式
以下提供本发明一种纤维增强锂电池隔膜的具体实施方式。
实施例1
一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，其具体制备方法为：
(1)将聚乙烯和短纤维按重量比4:1混合制得聚乙烯混合料，将重量比为40:60的聚乙烯混合料和稀释剂和占聚乙烯混合料和稀释剂总重量的0.1的偶联剂以及占聚乙烯和短纤维总重量的0.1％的抗氧化剂，共混加工，制得混合物料；
(2)将步骤(1)中的混合物料投入到挤出机中，在160℃-200℃下熔融挤出，冷却成膜，再将隔膜进行同步或异步双向拉伸。
(3)将步骤(2)中拉伸后的膜在卤代烷烃萃取剂中萃取除掉膜中的稀释剂和偶联剂，在经过热定型可以得到纤维增强的锂电池隔膜。
在步骤(1)中，所述高强度高熔点的超细纤维为聚酰胺纤维；纤维直径小于等于100nm；纤维为集束短纤维；纤维熔点大于230℃。
在步骤(1)中，所述聚乙烯为黏均分子量40万。
在步骤(1)中，所述的稀释剂为矿物油；
所述矿物油为石蜡油
在步骤(1)中，所述的偶联剂为苯磺酸；偶联剂，一端亲和聚乙烯，另一端亲和纤维，偶联剂，使集束短纤维更好的分散在聚乙烯-稀释剂体系中。
在步骤(2)中，所述异步拉伸，MD方向拉伸倍率为5-12倍，拉伸温度为80-120℃，TD方向拉伸倍率为6-14倍，拉伸温度为100-140℃。
在步骤(2)中，所述卤代烷烃为氯仿。
一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，隔膜为具有高强度的纤维增强聚烯烃隔膜。
穿刺强度为700gf，MD方向的拉伸强度为1500kgf/cm2，TD方向的拉伸强度为1500kgf/cm2；
隔膜的破膜温度为170℃以上；
所述隔膜的厚度为5微米。
实施例2
一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，其具体制备方法为：
(1)将聚乙烯和短纤维按重量比3:1混合制得聚乙烯混合料，将重量比为50:50的聚乙烯混合料和稀释剂和占聚乙烯混合料和稀释剂总重量的5％的偶联剂以及占聚乙烯和短纤维总重量的5％的抗氧化剂，共混加工，制得混合物料；
(2)将步骤(1)中的混合物料投入到挤出机中，在160℃-200℃下熔融挤出，冷却成膜，再将隔膜进行同步或异步双向拉伸。
(3)将步骤(2)中拉伸后的膜在卤代烷烃萃取剂中萃取除掉膜中的稀释剂和偶联剂，在经过热定型可以得到纤维增强的锂电池隔膜。
在步骤(1)中，所述高强度高熔点的超细纤维为芳香族聚酯纤维；纤维直径小于等于100nm；纤维为集束短纤维；纤维熔点大于230℃。
在步骤(1)中，所述聚乙烯为黏均分子量100万。
在步骤(1)中，所述的稀释剂为植物油；
所述的植物油为橄榄油。
在步骤(1)中，所述的偶联剂为苯磺酸或氨基硅烷偶联剂；偶联剂，一端亲和聚乙烯，另一端亲和纤维，偶联剂，使集束短纤维更好的分散在聚乙烯-稀释剂体系中。
在步骤(2)中，所述异步拉伸，MD方向拉伸倍率为5-12倍，拉伸温度为80-120℃，TD方向拉伸倍率为6-14倍，拉伸温度为100-140℃。
在步骤(2)中，所述卤代烷烃为四氯化碳。
一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，隔膜为具有高强度的纤维增强聚烯烃隔膜。
穿刺强度为850gf，MD方向的拉伸强度为3000kgf/cm2，TD方向的拉伸强度为3000kgf/cm2；
隔膜的破膜温度为170℃以上；
所述隔膜的厚度为11微米。
实施例3
一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，其具体制备方法为：
(1)将聚乙烯和短纤维按重量比2:1混合制得聚乙烯混合料，将重量比为90:10的聚乙烯混合料和稀释剂和占聚乙烯混合料和稀释剂总重量的20％的偶联剂以及占聚乙烯和短纤维总重量的20％的抗氧化剂，共混加工，制得混合物料；
(2)将步骤(1)中的混合物料投入到挤出机中，在160℃-200℃下熔融挤出，冷却成膜，再将隔膜进行同步或异步双向拉伸。
(3)将步骤(2)中拉伸后的膜在卤代烷烃萃取剂中萃取除掉膜中的稀释剂和偶联剂，在经过热定型可以得到纤维增强的锂电池隔膜。
在步骤(1)中，所述高强度高熔点的超细纤维为LCP(液晶聚合物)纤维；纤维直径小于等于100nm；纤维为集束短纤维；纤维熔点大于230℃。
在步骤(1)中，所述聚乙烯为黏均分子量200万。
在步骤(1)中，所述的稀释剂为植物油；
所述的植物油为芝麻油。
在步骤(1)中，所述的偶联剂为苯磺酸或氨基硅烷偶联剂；偶联剂，一端亲和聚乙烯，另一端亲和纤维，偶联剂，使集束短纤维更好的分散在聚乙烯-稀释剂体系中。
在步骤(2)中，所述异步拉伸，MD方向拉伸倍率为5-12倍，拉伸温度为80-120℃，TD方向拉伸倍率为6-14倍，拉伸温度为100-140℃。
在步骤(2)中，所述卤代烷烃为1，2-二氯乙烷。
一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，隔膜为具有高强度的纤维增强聚烯烃隔膜。
穿刺强度为900gf，MD方向的拉伸强度为4500kgf/cm2，TD方向的拉伸强度为4500kgf/cm2；
隔膜的破膜温度为170℃以上；
所述隔膜的厚度为20微米。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，隔膜为具有高强度的纤维增强聚烯烃隔膜；
穿刺强度为650-1000gf，MD方向的拉伸强度为1000-5000kgf/cm2，TD方向的拉伸强度为1000-5000kgf/cm2；
隔膜的破膜温度为170℃以上。
2.如权利要求1所述的一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述隔膜的厚度为3-20微米。
3.一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，其具体制备方法为：
(1)将聚乙烯和短纤维按重量比4:1～2:1混合制得聚乙烯混合料，将重量比为40:60～90:10的聚乙烯混合料和稀释剂和占聚乙烯混合料和稀释剂总重量的0.05％～20％的偶联剂以及占聚乙烯和短纤维总重量的0.05％～20％的抗氧化剂，共混加工，制得混合物料；
(2)将步骤(1)中的混合物料投入到挤出机中，在160℃-200℃下熔融挤出，冷却成膜，再将隔膜进行同步或异步双向拉伸。
(3)将步骤(2)中拉伸后的膜在卤代烷烃萃取剂中萃取除掉膜中的稀释剂和偶联剂，在经过热定型可以得到纤维增强的锂电池隔膜。
4.如权利要求3所述的一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述高强度高熔点的超细纤维为聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、芳香族聚酯纤维或LCP(液晶聚合物)纤维的一种或几种的混合物；纤维直径小于等于100nm；纤维为集束短纤维；纤维熔点大于230℃。
5.如权利要求3所述的一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述聚乙烯为黏均分子量40-200万的一种或多种。
6.如权利要求3所述的一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的稀释剂为矿物油或植物油；
所述矿物油为石蜡油或烃类化合物；
所述的植物油为大豆油、玉米油、葵花籽油、橄榄油、花生油、芝麻油中的一种或它们的混合物。
7.如权利要求3所述的一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的偶联剂为苯磺酸或氨基硅烷偶联剂；偶联剂，一端亲和聚乙烯，另一端亲和纤维，偶联剂，使集束短纤维更好的分散在聚乙烯-稀释剂体系中。
8.如权利要求3所述的一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述异步拉伸，MD方向拉伸倍率为5-12倍，拉伸温度为80-120℃，TD方向拉伸倍率为6-14倍，拉伸温度为100-140℃。
9.如权利要求3所述的一种纤维增强锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述卤代烷烃为氯仿、四氯化碳、二氯甲烷、1，2-二氯乙烷中的一种或它们的混合物。
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