CN112952287A - 一种锂离子电池隔膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池隔膜及其制备方法，该方法将具有不同熔融指数的树脂混合得到的混合树脂进行干法单向拉伸，克服了目前采用干法单向拉伸制备的超薄隔膜的厚度、强度和孔隙率不能得到兼顾，且隔膜的厚度均匀性较差的问题，得到孔隙率高、超薄、高强度且具有好的厚度均匀性的锂离子电池隔膜，与传统工艺相比，在锂离子电池的设计、制备和应用方面都具有明显的优势。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池隔膜技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池隔膜及其制备方法。
背景技术
锂离子电池由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四大主要材料组成。隔膜作为电池的中技术壁垒最高的材料，是锂离子电池中关键内层组件之一，其性能的好坏对锂离子电池的整体性能有着非常重要的影响。
目前无论是数码类锂离子电池还是动力类锂离子电池，随着电池企业对电池能量密度要求的提高，在保证隔膜性能的基础上，轻薄化已成为趋势，隔膜势必向着薄型化发展，对于隔膜产品来说，厚度降低意味着穿刺强度等机械强度指标随之降低，现有的超薄聚烯烃隔膜的缺点是强度较差，在其作为间隔件与电极一起高张力卷绕时，现有的超薄聚烯烃隔膜容易发生断裂。因此，现有技术仍然不能生产厚度均匀、质量稳定的超薄高强度隔膜。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种锂离子电池隔膜及其制备方法。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种锂离子电池隔膜的制备方法，将混合树脂采用干法单向拉伸工艺制备得到锂离子电池隔膜，其中，混合树脂为熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂混合所得。
本发明还提供一种通过上述制备方法制备得到的锂离子电池隔膜。
本发明还提供一种包括上述的锂离子电池隔膜的锂离子电池。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种锂离子电池隔膜及其制备方法，该制备方法为：将熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂混合得到的混合树脂，然后将混合树脂采用干法单向拉伸工艺制备得到该锂离子电池隔膜，该方法将具有不同熔融指数的树脂混合，提高混合树脂的分子量，使隔膜的机械强度提高，同时具备干法单向拉伸工艺制备的隔膜的其他优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中的具有微孔结构的锂离子电池隔膜的制备流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
传统干法隔膜拉伸技术中不能同时达到超薄、高强度的要求。干法超薄高强度聚烯烃隔膜的技术难点在于超薄隔膜的厚度、强度和孔隙率不能得到兼顾，且隔膜的厚度均匀性较差。
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种干法超薄高强度聚烯烃隔膜的制备方法，该隔膜的孔隙率高、超薄、高强度且具有好的厚度均匀性，能够提高电池性能和降低电池成本。
为实现上述目的，特采用以下的技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种锂离子电池隔膜的制备方法，将混合树脂采用干法单向拉伸工艺制备得到锂离子电池隔膜，其中，混合树脂为熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂混合所得。
目前商业化适用于三元电池的隔膜主要包括干法单向拉伸隔膜、湿法双向拉伸隔膜。干法单向拉伸技术是工业和材料科学研究中应用最广泛的材料力学性能试验方法。但是传统干法隔膜拉伸技术制备锂离子电池隔膜的过程中，其树脂原料一般采用常规的聚烯烃树脂，而常规树脂的熔融指数高，分子量低，导致制备出的隔膜的相对强度就会比较低。在采用目前生产线的基础上，如何解决目前干法单向拉伸存在的问题是困扰已久的问题。
发明人经实践发现，将熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂混合得到的混合树脂，采用干法单向拉伸工艺，常规的聚烯烃树脂的熔融指数高，分子量低，将熔融指数为0.2-1.5的增强树脂与之混合，提高混合树脂的分子量，使隔膜的机械强度提高，该隔膜的孔隙率高、超薄、高强度且具有好的厚度均匀性。
在可选的实施方式中，树脂包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯和聚丙烯腈中的一种或者多种。
在可选的实施方式中，熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂的混合质量比为10-90:90-10，进一步优选为30-70:70:30。
在可选的实施方式中，包括以下步骤：将混合树脂原料经熔融挤出、流延、退火得到薄膜基材，再将薄膜基材进行多层复合、纵向拉伸及收卷，得到锂离子电池隔膜。
在可选的实施方式中，薄膜基材的制备步骤如下：将混合树脂原料经熔融挤出得到的均匀熔体，在模头温度为160-260℃下挤出模头，冷却辊40-100℃冷却，然后在温度100-160℃下退火60-600min，制备出厚度为10-30μm的薄膜基材。
在可选的实施方式中，按如下步骤进行：
将熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂在搅拌速度为60-300rpm，搅拌时间为10-40min，搅拌混合均匀，得到混合树脂；
将混合树脂通过真空吸料方式打入挤出机，在温度160-260℃的条件下将混合树脂加工成均匀熔体；
使用流延工艺，将均匀熔体在模头温度为1 60-260℃下通过模头挤出，然后在冷却辊温度为40-100℃下冷却，然后在温度100-160℃下退火60-600min，制备出厚度为10-30μm的薄膜基材；
将单层的薄膜基材通过复合机复合成多层基材，收卷；
将复合好的多层薄膜基材进行纵向拉伸，拉伸温度为40-160℃，拉伸速比为1.0-3.0，制备出具有微孔结构的锂离子电池隔膜。
第二方面，本发明实施例提供一种采用上述制备方法制备得到的锂离子电池隔膜。
第三方面，本发明实施例提供一种包括上述锂离子电池隔膜的锂离子电池。
可见，本发明实施例提供一种高强度干法单向拉伸锂离子电池隔膜的制备方法，参见图1，隔膜的制备包括以下步骤：
将熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂通过搅拌混料机搅拌均匀，搅拌速度为60-300rpm，搅拌时间为10-40min，得到混合树脂；
将混合树脂通过真空吸料方式打入挤出机，在温度160-260℃的条件下将混合树脂加工成均匀熔体；
使用流延工艺，将熔体通过模头挤出，并通过冷却辊冷却，经过收卷装置收卷，其中模头温度160-260℃，冷却辊40-100℃，得到流延基膜；
将多卷流延基膜放入恒温烘箱进行退火处理，烘箱温度100-160℃，退火时间60-600min，制备出的薄膜基材厚度为10-30μm；
将单层的薄膜基材通过复合机复合成多层基材，收卷；
将复合好的多层薄膜基材进行纵向拉伸，拉伸温度40-160℃，拉伸速比1.0-3.0，制备出具有微孔结构的锂离子电池隔膜。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
一种具备高强度的锂离子电池隔膜，其常规聚烯烃原料使用高等规度的聚丙烯树脂，其熔融指数为2.0g/10min，增强原料使用高强度高等规度聚丙烯树脂，其熔融指数为0.5g/10min，微孔膜厚度为16μm，常规聚丙烯原料按质量百分比70％添加，增强聚丙烯原料按质量百分比30％添加。
制备所述高强度微孔隔膜的方法，包括如下步骤：
将所述两种聚丙烯树脂通过高速搅拌混料机在一定条件下搅拌均匀，搅拌速度85rpm，搅拌时间15min，得到混合聚合物；
通过真空吸料将混合聚合物打入挤出机中，挤出温度220℃，将聚合物塑化成均匀熔体；
利用流延工艺将熔体挤入模头，通过冷辊后形成薄膜基材，通过收卷系统收卷，模头温度230℃，冷却辊温度75℃，制备出具有一定片晶结构，厚度18μm的流延基膜；
将8卷流延基膜放入恒温烘箱中进行退火处理，退火温度150℃，退火时间300min；
将8卷退火后基膜进行复合，复合为1卷8层基膜收卷；
将上述基材进行纵向拉伸，拉伸温度为145℃，拉伸速比2.0，制备出高强度微孔结构的锂离子电池隔膜。
实施例2
一种具备高强度的锂离子电池隔膜，其常规聚烯烃原料使用高等规度的聚丙烯树脂，其熔融指数为2.0g/10min，增强原料使用高强度高等规度聚丙烯树脂，其熔融指数为0.5g/10min，微孔膜厚度为16μm，常规聚丙烯原料按质量百分比50％添加，增强聚丙烯原料按质量百分比50％添加。
制备高强度锂离子电池隔膜的方法基本与实施例1相同，有变化的部分主要是第二步挤出温度为230℃；第六步拉伸温度为150℃。
实施例3
一种具备高强度的锂离子电池隔膜，其常规聚烯烃原料使用高等规度的聚丙烯树脂，其熔融指数为2.0g/10min，增强原料使用高强度高等规度聚丙烯树脂，其熔融指数为0.5g/10min，微孔膜厚度为16μm，常规聚丙烯原料按质量百分比30％添加，增强聚丙烯原料按质量百分比70％添加。
制备高强度锂离子电池隔膜的方法基本与实施例1相同，有变化的部分主要是第二步挤出温度为230℃；第六步拉伸温度为150℃。
实施例4
一种具备高强度的锂离子电池隔膜，其常规聚烯烃原料使用高等规度的聚丙烯树脂，其熔融指数为2.0g/10min，增强原料使用高强度高等规度聚丙烯树脂，其熔融指数为0.5g/10min，微孔膜厚度为16μm，常规聚丙烯原料按质量百分比10％添加，增强聚丙烯原料按质量百分比90％添加。
制备高强度锂离子电池隔膜的方法基本与实施例1相同，有变化的部分主要是第二步挤出温度为245℃；第六步拉伸温度为154℃。
实施例5
一种具备高强度的锂离子电池隔膜，其常规聚烯烃原料使用高等规度的聚丙烯树脂，其熔融指数为2.0g/10min，增强原料使用高强度高等规度聚丙烯树脂，其熔融指数为0.5g/10min，微孔膜厚度为16μm，常规聚丙烯原料按质量百分比90％添加，增强聚丙烯原料按质量百分比10％添加。
制备高强度锂离子电池隔膜的方法基本与实施例1相同，有变化的部分主要是第三步冷却辊温度为80℃。
对比例1
一种干法单向拉伸锂离子电池隔膜，其聚烯烃原料使用高等规度的聚丙烯树脂，其熔融指数为2.0g/10min，无任何其他添加剂制备微孔膜厚度为16μm。
制备高强度锂离子电池隔膜的方法基本与实施例1相同，有变化的部分主要是第二步挤出温度为210℃；第三步模头温度为220℃；第六步拉伸温度为140℃。
对比例2
一种干法单向拉伸锂离子电池隔膜，其常规聚烯烃原料使用高等规度的聚丙烯树脂，其熔融指数为2.0g/10min，增强原料使用高强度高等规度聚丙烯树脂，其熔融指数为1.8g/10min，微孔膜厚度为16μm，常规聚丙烯原料按质量百分比70％添加，增强聚丙烯原料按质量百分比30％添加。
对比例3
一种干法单向拉伸锂离子电池隔膜，其常规聚烯烃原料使用高等规度的聚丙烯树脂，其熔融指数为2.0g/10min，增强原料使用高强度高等规度聚丙烯树脂，其熔融指数为6.8g/10min，微孔膜厚度为16μm，常规聚丙烯原料按质量百分比50％添加，增强聚丙烯原料按质量百分比50％添加。
对比例4
一种干法单向拉伸锂离子电池隔膜，其常规聚烯烃原料使用高等规度的聚丙烯树脂，其熔融指数为2.5g/10min，增强原料使用高强度高等规度聚丙烯树脂，其熔融指数为8.0g/10min，微孔膜厚度为16μm，常规聚丙烯原料按质量百分比70％添加，增强聚丙烯原料按质量百分比30％添加。
对采用实施例1-3和对比例1-4方法制备的锂离子电池微孔膜进行隔膜厚度、孔隙率MD强度和穿刺强度测试，测试按照GB/T 36363-2018规定进行，具体测试结果见表：
由表可知，采用本发明制备的超薄高强度锂离子电池隔膜满足目前锂离子电池的使用要求，且MD强度和穿刺强度比普通锂离子电池隔膜产品有明显的提高，这对锂离子电池安全性十分有利。通过增强树脂比例的提高，当所选择的工艺条件合适的时候，所制备的样品厚度、孔隙率等关键性能满足要求的前提下，穿刺强度和MD强度还能得到大幅提升。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，将混合树脂采用干法单向拉伸工艺制备得到所述锂离子电池隔膜，其中，所述混合树脂为熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂混合所得。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述树脂包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯和聚丙烯腈中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂的混合质量比为10-90:90:10。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂的混合质量比为30-70:70:30。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述混合树脂经熔融挤出、流延、退火得到薄膜基材，再将所述薄膜基材进行多层复合、纵向拉伸及收卷，得到所述锂离子电池隔膜。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，流延步骤如下：将所述混合树脂经熔融挤出得到的均匀熔体，在模头温度为160-260℃下挤出模头，冷却辊为40-100℃下冷却，得到具有片晶结构的流延基膜。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，退火步骤如下：将流延基膜在温度100-160℃下退火60-600min，制备出厚度为10-30μm的薄膜基材。
8.根据权利要求1-7中任一项制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
将熔融指数为2.0-5.0的树脂和熔融指数为0.2-1.5的树脂在搅拌速度为60-300rpm，搅拌时间为10-40min，搅拌混合均匀，得到混合树脂；
将所述混合树脂通过真空吸料方式打入挤出机，在温度160-260℃的条件下将混合树脂加工成均匀熔体；
使用流延工艺，将所述熔体在模头温度为1 60-260℃下通过模头挤出，然后在冷却辊温度为40-100℃下冷却，然后在温度100-160℃下退火60-600min，制备出厚度为10-30μm的薄膜基材；
将单层的薄膜基材通过复合机复合成多层基材，收卷；
将复合好的多层薄膜基材进行纵向拉伸，拉伸温度为40-160℃，拉伸速比为1.0-3.0，制备出具有微孔结构的锂离子电池隔膜。
9.一种锂离子电池隔膜，其特征在于，所述锂离子电池隔膜采用权利要求1-8中任一项所述制备方法制备得到。
10.一种包括权利要求9所述的锂离子电池隔膜的锂离子电池。
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| CN202110274768.8A CN112952287A (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种锂离子电池隔膜及其制备方法 |
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Cited By (1)
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| CN115101893A (zh) * | 2022-06-02 | 2022-09-23 | 界首市天鸿新材料股份有限公司 | 利用高熔指和低熔指聚丙烯制备锂电池隔膜的方法 |
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2021
- 2021-03-15 CN CN202110274768.8A patent/CN112952287A/zh not_active Withdrawn
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| CN115101893B (zh) * | 2022-06-02 | 2024-04-12 | 界首市天鸿新材料股份有限公司 | 利用高熔指和低熔指聚丙烯制备锂电池隔膜的方法 |
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