CN114069157B - 一种高孔率电池隔膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高孔率电池隔膜及其制备方法，该高孔率电池隔膜由包括聚合物、二氧化硅、表面活性剂、微孔填充剂和抗氧化剂的原料经共混制得，本发明通过以特定参数进行混练，并加入熔体稳压工序，在不提高二氧化硅含量的前提下，使制得的电池隔膜具有孔隙率高、电阻小等优点，同时其仍具有较高的抗氧化性和机械强度。

Description

一种高孔率电池隔膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及电池的技术领域，具体涉及一种高孔率电池隔膜及其制备方法。

背景技术

电池隔膜在电池中的主要作用是防止正、负极短路，但又不能使电池内阻明显增加，这就要求隔膜是多孔质的，允许电解液自由扩散和离子迁移，并具有比较小的电阻。同时，还要求机械强度好，耐酸腐蚀，耐氧化，以及不析出对极板有害的物质。

为了降低隔膜电阻，目前行业内主流看法是通过减小隔膜基底的厚度以及修改原料比例来降低电阻，但这种方法会造成隔膜的机械加工性能下降且同时造成隔膜的抗氧化性能降低，降低电阻和提高隔膜机械加工性能以及抗氧化性能是一组矛盾体。例如：中国专利CN106025154B “用于怠速启停车辆的改进的隔膜、电池、系统及方法” 中说明书第025-026段提到通过“降低背幅片(BW)厚度”、“提高二氧化硅与聚合物之比”等方法来降低电阻，但也提到这些方法都会带来一些新的问题。

专利CN106025154B中“[0025] 段降低背幅片(BW)厚度：由于BW厚度是隔膜ER的主要贡献者，因此可以将其从150至250微米范围的典型值开始减少。然而当这样做时，材料可能会变得对于在典型包封机上进行的加工具有非常大的挑战性。”

专利CN106025154B中“[0026] 段提高二氧化硅与聚合物之比--在隔膜中减少内阻的第二种方法是相对于聚合物的含量增加二氧化硅的加载量。这种改变带来的一个可能显著的问题是，隔膜的抗氧化性可能会在一定程度上受损。”

针对现有技术中存在的问题，对电池隔膜的改进存在如下需求：在不降低隔膜基材厚度以便保持较高的后续包封成品率的前提下降低电阻、在不降低隔膜抗氧化性能以及机械强度的前提下降低电阻。

发明内容

基于上述技术背景，本发明人进行了锐意进取，结果发现：采用包括聚合物、二氧化硅、表面活性剂、微孔填充剂和抗氧化剂的原料，并设置特定参数进行混练、加入熔体稳压工序，可在不降低隔膜厚度和提高二氧化硅与聚合物含量的前提下大幅降低隔膜的电阻，同时使隔膜仍保持较高的机械强度和抗氧化性能。

本发明第一方面在于提供一种高孔率电池隔膜，该高孔率电池隔膜由包括聚合物、二氧化硅、表面活性剂、微孔填充剂和抗氧化剂的原料制得。

本发明的第二方面在于提供一种本发明第一方面所述高孔率电池隔膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1、混合聚合物、二氧化硅、表面活性剂、微孔填充剂和抗氧化剂；

步骤2、将得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行共混；

步骤3、将步骤2压延成型得到的片材进行后处理，得到高孔率电池隔膜。

本发明第三方面在于提供一种根据本发明第一方面所述的高孔率电池隔膜或由本发明第二方面所述制备方法制得的高孔率电池隔膜的用途，其可用于SLI电池、ISS电池、卡车电池、EFB启停电池、驻车空调电池、摩托车电池、叉车电池、电站储能用电池、高尔夫球车电池、混合动力电动汽车电池、电动车辆电池、液流储能电池、胶体储能电池或5G基站储能电池中。

本发明提供的高孔率电池隔膜及其制备方法具有以下优势：

（1）本发明所述的高孔率电池隔膜可在不降低基材厚度、提高二氧化硅与聚合物比例的前提下，降低电池隔膜的电阻，同时提高隔膜的孔隙率；

（2）本发明所述的高孔率电池隔膜具有较高的机械强度和抗氧化性能。

附图说明

图1示出本发明一种实施方式的设备流程和布局示意图；

图2示出本发明所述同向平行双螺杆挤出机的结构示意图。

附图标号说明

1-高低混合机组；

2-物料输送装置；

3-失重式喂料器；

4-同向平行双螺杆挤出机；

5-稳压系统；

6-片材模头；

7-成型机；

11-高速混合机；

12-低速混合机；

41-机桶；

42-排气口；

43-挤出机喂料口；

44-液体微孔填充剂注入口。

具体实施方式

下面将对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

本发明第一方面在于提供一种高孔率电池隔膜，该高孔率电池隔膜由包括聚合物、二氧化硅、表面活性剂、微孔填充剂和抗氧化剂的原料制得。

所述聚合物选自聚丙烯、聚氯乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、低分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯中的一种或几种，优选为超高分子量聚乙烯，更优选粘均分子量范围为500万～900万的超高分子量聚乙烯。

超高分子量聚乙烯具有较长的分子链，可以提供足够强的骨架支撑和优异的抗氧化性能，特别是相对分子质量为500万～900万的超高相对分子质量聚乙烯应用于电池隔膜中具有更优的骨架支撑作用和抗氧化性能。

本发明所述二氧化硅为高吸油值的气相二氧化硅，以便在不提高二氧化硅和聚合物质量比的前提下提高电池隔膜的孔隙率。优选吸油值为2.00～2.85ml/g的气相二氧化硅，更优选吸油值为2.2～2.6ml/g的气相二氧化硅。若二氧化硅的添加量太高，则会导致隔膜的机械强度和后续加工性能下降，还会降低电池隔膜的抗氧化性能。

表面活性剂选自烷基磺酸钠、烷基硫酸钠、仲烷基硫酸钠和丁二酸二己酯磺酸钠中的一种或几种，优选选自烷基磺酸钠、烷基硫酸钠和丁二酸二己酯磺酸钠中的一种或几种，更优选选自烷基磺酸钠和丁二酸二己酯磺酸钠中的一种或两种。

所述微孔填充剂选自工艺添加油、加氢处理环烷基馏分（其CAS编码为：64742-52-5）、白油、石蜡油和透平油中的一种或几种，优选选自加氢处理环烷基馏分、石蜡油和透平油中的一种或几种，更优选选自加氢处理环烷基馏分和透平油中的一种两种。

抗氧化剂选自有机磷酸盐、酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂中的一种或几种，优选选自酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂中的一种或几种，更优选选自酯类抗氧剂或酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂的混合物。

本发明中添加的抗氧化剂可降低聚合物在挤出混练过程中的降解，其可通过抑制自由基而有效降低聚合物的热氧降解，聚合物的分子链保留度越高，就可以为隔膜提供足够强度的骨架支撑和优异的耐酸氧化能力，从而保证制得电池隔膜的性能优良。

基于1重量份的聚合物，原料组成为：

二氧化硅 2～4重量份；

表面活性剂 0.1～0.5重量份；

微孔填充剂 8～15重量份；

抗氧化剂 0.001～0.01重量份；

优选地，基于1重量份的聚合物，

二氧化硅 2～3.5重量份；

表面活性剂 0.15～0.4重量份；

微孔填充剂 8～13重量份；

抗氧化剂 0.001～0.008重量份；

更优选地，基于1重量份的聚合物，

二氧化硅 3～4重量份；

表面活性剂 0.2～0.4重量份；

微孔填充剂 8.5～13重量份；

抗氧化剂 0.002～0.006重量份；

在本发明中，所述原料还包括萃取剂，萃取剂选自正己烷、三氯乙烯、汽油、乙酸乙酯和石油醚中的一种或几种，优选选自正己烷、三氯乙烯和乙酸乙酯中的一种或几种，更优选选自三氯乙烯和正己烷中的一种或两种。采用上述萃取剂得到的电池隔膜具有更高的孔隙率。

基于1重量份的聚合物，萃取剂为0.01～0.05重量份，优选为0.01～0.04重量份，更优选为0.02～0.04重量份。

在本发明中，萃取剂的添加量会影响制得电池隔膜的孔隙率，若萃取剂的添加量太少，电池隔膜的孔隙率低，若萃取剂的添加量太多，则会影响电池隔膜作为骨架材料的支撑效果。

电池的充放电过程实际上是正负极板的活性物质和电解液中的离子进行化学反应的过程，电解液中的离子需要穿过电池隔膜的微孔（小于1μm），在正负极板的活性物质之间进行交换，同时阻止活性物质透过隔膜与相邻的极板接触造成短路。电池隔膜的电阻越低，电池的大电流放电性能、充电接收能力越好。

本发明所述的高孔率电池隔膜的厚度为0.15～0.3mm，其孔隙率为60%～65%，电阻为0.00041～0.00045Ω•dm²，20小时的抗氧化性为460%～500%，抗穿刺强度为9～10N，当0.3mm<隔膜基材厚度≤0.5mm时，电阻小于等于0.001Ω•dm²，抗穿刺强度小于等于9N。

本发明第二方面在于提供一种本发明第一方面所述高孔率电池隔膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1、混合聚合物、二氧化硅、表面活性剂、微孔填充剂和抗氧化剂；

步骤2、将得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行共混；

步骤3、将步骤2压延成型得到的片材进行后处理，得到高孔率电池隔膜。

以下对该步骤进行具体描述和说明。

步骤1、混合聚合物、二氧化硅、表面活性剂、微孔填充剂和抗氧化剂。

本发明所述聚合物选自聚丙烯、聚氯乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、低分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯中的一种或几种，优选为超高分子量聚乙烯，更优选为分子量为500万～900万的超高分子量聚乙烯。

在现有技术中，降低电池隔膜电阻的途径通常是通过降低隔膜的基材厚度、提高二氧化硅和聚合物的比例来实现的，但厚度太大或二氧化硅的比例太高，会导致电池隔膜的机械强度和后续加工性能下降，使电池正负极之间的支晶短路风险加大，从而不利于电池性能的提高。

在本发明中，所述二氧化硅选自高吸油值的气相二氧化硅，其可在不提高二氧化硅比例的前提下，降低电池隔膜的电阻，优选吸油值为2～2.85ml/g的气相二氧化硅，更优选吸油值为2.2～2.6ml/g的气相二氧化硅。

表面活性剂选自烷基磺酸钠、烷基硫酸钠、仲烷基硫酸钠和丁二酸二己酯磺酸钠中的一种或几种，优选选自烷基磺酸钠、烷基硫酸钠和丁二酸二己酯磺酸钠中的一种或几种，更优选选自烷基磺酸钠和丁二酸二己酯磺酸钠中的一种或两种。

微孔填充剂选自加氢处理环烷基馏分（其CAS编码为：64742-52-5）、白油、石蜡油和透平油中的一种或几种，优选选自加氢处理环烷基馏分、石蜡油和透平油中的一种或几种，更优选选自加氢处理环烷基馏分和透平油中的一种或两种。

所述抗氧化剂选自有机磷酸盐、酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂中的一种或几种，优选选自酯类抗氧化剂和受阻酚类抗氧化剂中的一种或两种，更优选选自酯类抗氧剂或酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂的混合物。

基于1重量份的聚合物，各物质的添加量为：

二氧化硅 2～4重量份；

表面活性剂 0.1～0.5重量份；

微孔填充剂 8～15重量份；

抗氧化剂 0.001～0.01重量份；

优选地，基于1重量份的聚合物，

二氧化硅 2～3.5重量份；

表面活性剂 0.15～0.4重量份；

微孔填充剂 8～13重量份；

抗氧化剂 0.001～0.008重量份；

更优选地，基于1重量份的聚合物，

二氧化硅 3～4重量份；

表面活性剂 0.2～0.4重量份；

微孔填充剂 8.5～13重量份；

抗氧化剂 0.002～0.006重量份；

现有技术中降低电池隔膜电阻的途径主要是通过降低隔膜的基材厚度、提高二氧化硅与聚合物的比例来实现的，不但不利于电池电化学性能的提高，还会使电池的抗氧化性能下降。

本发明通过采用包括同向平行双螺杆挤出机的成型装置以及混练工艺进行高孔率电池隔膜的制备，使生产出的电池隔膜具有较高的孔隙率，从而在不降低隔膜基材厚度和明显提高二氧化硅与聚合物比例的前提下大幅度降低隔膜的电阻，同时仍能保持隔膜较高的机械强度和抗氧化性能。

本发明所述的成型装置包括高低混合机组1、物料输送装置2、失重式喂料器3、同向平行双螺杆挤出机4、稳压系统5、片材模头6和成型机7。

所述物料输送装置2位于高低混合机组1和失重式喂料器3之间，同向平行双螺杆挤出机4位于失重式喂料器3和稳压系统5之间，片材模头6位于稳压系统5和成型机7之间，如图1所示。

本发明选用高低混合机组1进行原料的混合，所述高低混合机组1包括高速混合机11和低速混合机12，经高速混合机混合好的原料排放至低速混合机中进行低速的搅拌混合，采用高速和低速混合机的组合可降低原料的混合温度，避免原料黏连并为后续使用提供一个缓冲池的作用，更有利于提高制得高孔率电池隔膜的性能。

高速混合机11的转速为200~800rpm，优选转速为300~800rpm，更优选转速为600~800rpm。

低速混合机12的转速为5~200 rpm，优选转速为5~150 rpm，更优选转速为15~100rpm。

任选地，本发明所述的部分微孔填充剂可直接从同向平行双螺杆挤出机4上如图2所示进料口注入，可以提高挤出机共混效果，减少共混过程产生的热量，提高设备用能效率。

步骤2、将得到的混合物置于挤出机中进行共混。

从高低混合机组1混合后得到的混合物经物料输送装置2、失重式喂料器3送入同向平行双螺杆挤出机4中进行共混。

所述共混在同向平行双螺杆挤出机4中进行。根据本发明，所述同向平行双螺杆挤出机4包括挤出机机桶41、螺杆、排气口42、挤出机喂料口43、液体微孔填充剂注入口44和排气区。

所述螺杆位于挤出机机桶41内，排气口42和排气区位于挤出机机桶41的后端，排气口42连接排气区和挤出机机桶外部，挤出机喂料口43和液体微孔填充剂注入口44位于挤出机机桶的前端，液体微孔填充剂注入口44位于挤出机喂料口43的后端，如图2所示，从失重式喂料器3送出的物料经挤出机喂料口43送入同向平行双螺杆挤出机4中进行共混，如图1所示。

根据本发明，同向平行双螺杆挤出机4的机桶41优选为可更换内衬型式，可节约成本。

本发明所述的失重式喂料器为皮带式失重喂料器或螺旋式失重喂料器。

在本发明一种优选地实施方式中，所述同向平行双螺杆挤出机4中设置稳压系统5，稳压系统5优选为熔体计量齿轮泵，由于设置了稳压系统5，通过该稳压系统可抵消挤出机出口的压力波动，使片材模头的压力稳定在一定范围之内，从而改善制得电池隔膜的均匀一致性。设置的熔体计量齿轮泵可起到增压、稳压的作用，进一步控制压力波动，熔体压力的波动越小，电池隔膜的厚度越均匀，进一步提高电池隔膜厚度的均一性。

根据本发明进一步优选地实施方式，在熔体计量齿轮泵的泵前或泵后设置过滤器，以去除熔体中的不溶杂质。

熔体计量齿轮泵泵体温度为120～280℃，优选为160～220℃，更优选为180～220℃。

熔体计量齿轮泵前压力设定范围为30～140bar，优选为60～120bar，更优选为70～110bar。

所述同向平行双螺杆挤出机的长径比为28～60，优选为28～55，更优选为32～55。

螺杆包括输送型螺纹元件和剪切型螺纹元件，输送型螺纹元件和剪切型螺纹元件的总长度比值为2.0~6.0，优选为3.0~6.0，更优选为5.0~5.5。经试验发现，输送型螺纹元件和剪切型螺纹元件的总长度比值为上述范围时可以更好的平衡物料的混合均匀度、熔融度与输送能力。

输送型螺纹元件主要为物料在挤出机中提供向前的推力，同时物料在两根螺杆之间呈8字形流动的过程中和机桶内壁之间摩擦形成自旋流动，该自旋流动促使物料间混合及摩擦发热。

剪切型螺纹元件主要是为了物料可以充分均匀混合并产生大量的摩擦热，促使物料熔融，剪切型螺纹元件两个盘之间的夹角角度为30°、45°、60°或90°，优选为45°或60°，更优选为45°。

随着夹角角度的增加，物料在挤出机中的混合效果越好，但物料向前输送的效果就越差，经试验发现，剪切型螺纹元件两个盘之间的夹角为45°时，物料在挤出机中同时具有良好的混合效果和输送效果。

在同向平行双螺杆挤出机4靠近稳压系统5的位置设有排气口42，该排气口可将熔融后的物料中所含的气体排出，以使片材模头6模压出的物料更均匀密实不含气体，可避免制得的隔膜出现孔洞缺陷，提高隔膜的性能。

排气区位于挤出机的后半部分，排气区的长度为100~1000mm，优选为200~800mm，更优选为300~800mm。

排气区的长度为上述长度时，可使物料在排气区充分排气，使制得的高孔率电池隔膜厚度更均一。

混合物物料在排气区的停留时间为2～45s，优选停留时间为5～45s，更优选为5～40s。

物料在排气区的停留时间越长，气体挥发越充分，为了增加停留时间，螺杆转速应尽可能降低，以便加长物料在排气区的停留时间，但若螺杆转速太低，则不利于物料混合均匀性的提高。

根据本发明一种优选地实施方式，在排气区之前设置小导程的反向输送型螺纹元件或左旋小夹角的反向剪切型螺纹元件。

设置上述螺纹元件可形成高压力区，使物料在进入排气区之前就尽可能的充分混合和熔融。

本发明中，在排气区设置的螺纹元件为大导程输送型螺纹元件，可使物料在排气区尽可能摊薄，熔体层的厚度越薄，气体挥发越充分，越有利于提高制得隔膜的孔隙率和降低隔膜的内阻。

大导程输送型螺纹元件外径为65～110mm，优选外径为72～110mm，更优选外径为75～92mm。

所述排气区的真空度为-0.7至-1.0bar，优选真空度为-0.75～-0.99bar，更优选真空度为-0.85～-0.98bar。

在本发明中，真空度越高，气体挥发越充分，经试验发现，真空度为上述范围时，气体挥发越充分，制得电池隔膜的孔隙率越高，内阻越小。

螺杆转速为20～600rpm，优选螺杆转速为100～550rpm，更优选螺杆转速为120～500rpm。

螺杆转速会影响混合物的混合均匀度，原料混合越均匀，电池隔膜的孔隙分布更均匀，得到电池隔膜性能越好，但若螺杆转速过高，则会使混合温度过高，聚合物发生降解，不利于电池隔膜性能的提高。

共混温度为150~260℃，优选为150~250℃，更优选为160~230℃。

共混时间为2~5 min，优选为3~5 min，更优选为4~5 min。

共混时间越长越有利于提高混合物混合的均匀度，均匀度越高越有利于电池隔膜厚度均一性的提高，也有利于电池隔膜孔隙分布均匀度的提高，进而有利于电池隔膜性能的提高。

在本发明中，共混后的物料从片材模头6出来经成型机7压延成型。

片材模头的压力为50~150bar，优选为60~150bar，更优选为90~130bar。模压压力稳定在该范围内有利于提高电池隔膜厚度的均匀性。

步骤3、将步骤2压延成型得到的片材进行后处理，得到高孔率电池隔膜。

所述后处理包括萃取、干燥和分切，所述萃取剂选自正己烷、三氯乙烯、汽油、乙酸乙酯和石油醚中的一种或几种，优选选自正己烷、三氯乙烯和乙酸乙酯中的一种或几种，更优选选自三氯乙烯和正己烷中的一种或两种。萃取剂对电池隔膜的孔隙率影响较大，经试验发现，添加上述萃取剂得到的电池隔膜具有较高的孔隙率。

对萃取剂的用量不做特别限定，基于100重量份的聚合物，萃取剂的添加量为1～5重量份，优选添加量为1～4重量份，更优选添加量为2～4重量份。

萃取温度为30～50℃，优选为35～45℃，更优选为40℃。

萃取时间为5～20min，优选为6～15min，更优选为8min。经试验发现，在该萃取温度和萃取时间下制得的电池隔膜孔隙率较高。

所述干燥在真空烘箱中进行，干燥温度为60～120℃，优选为75℃，更优选为80～115℃。

干燥时间为5～30min，优选为8～25min，更优选为10～20min。

本发明第三方面在于提供一种根据本发明第一方面所述的高孔率电池隔膜或由本发明第二方面所述制备方法制得的高孔率电池隔膜的用途，其可用于SLI电池、ISS电池、卡车电池、EFB启停电池、驻车空调电池、摩托车电池、叉车电池、电站储能用电池、高尔夫球车电池、混合动力电动汽车电池、电动车辆电池、液流储能电池、胶体储能电池或5G基站储能电池中。

本发明所具有的有益效果：

（1）本发明所述的高孔率电池隔膜具有较高的孔隙率和较低的内阻，同时其仍具有良好的抗氧化性和机械强度；

（2）本发明所述高孔率电池隔膜在制备过程中，通过控制其混练参数，如温度、压力等，设置熔体稳压工序，从而在降低电阻的同时不损失抗氧化和机械强度等性能；

（3）本发明制得的高孔率电池隔膜的厚度为0.15～0.3mm，其孔隙率为64%～65%，电阻为0.00041～0.00045Ω•dm²，抗穿刺强度为9～10N。

实施例

以下通过具体实例进一步阐述本发明，这些实施例仅限于说明本发明，而不用于限制本发明范围。

实施例1

按照聚合物（相对分子量500万～900万的超高分子量聚乙烯）1重量份、吸油值为2.2～2.6ml/g的气相二氧化硅3.5重量份、表面活性剂丁二酸二己酯磺酸钠0.4重量份、微孔填充剂加氢处理环烷基馏分（其CAS编码为：64742-52-5）8.5重量份、抗氧化剂季戊四醇酯0.004重量份在图1所示高低混合机组1中进行充分混合，经高速混合机11混合好的原料排放至低速混合机12中进行混合，高速混合机11的转速为800rpm，低速混合机12的转速为100rpm，经低速混合机混合后的物料经输送装置2和失重式喂料器3送入同向平行双螺杆挤出机4进行共混；

所述同向平行双螺杆挤出机4的长径比为52，双螺杆挤出机中输送型螺纹元件和剪切型螺纹元件的总长度比值为5.2，剪切型螺纹元件两个盘之间的夹角为45°，排气区的长度为800mm，排气区设置大导程输送型螺纹元件，大导程输送型螺纹元件外径为87mm，排气区真空度为-0.95bar，物料在排气区的停留时间约为40s，熔体计量泵（稳压系统5）前压设定为100Bar，实际温度保持在180±5℃，同向平行双螺杆挤出机4的螺杆转速为400rpm，共混温度为180℃，共混时间约为300s，共混后从片材模头6出来经成型机7压延成型，片材模头的压力为120bar。

压延成型后经萃取剂三氯乙烯于40℃萃取8min，萃取后于真空烘箱中110℃干燥12min，最后经分切制得成品。

实施例2

按照聚合物（相对分子量500万～900万的超高分子量聚乙烯）1重量份、吸油值为2.2～2.6ml/g的气相二氧化硅3.5重量份、表面活性剂丁二酸二己酯磺酸钠0.2重量份、微孔填充剂加氢处理环烷基馏分（其CAS编码为：64742-52-5）12重量份和季戊四醇酯0.006重量份在图1所示高低混合机组1中进行充分混合，经高速混合机11混合好的原料排放至低速混合机中进行混合，高速混合机11的转速为800rpm，低速混合机12的转速为100rpm，经低速混合机12混合后的物料经输送装置2和失重式喂料器3送入同向平行双螺杆挤出机4进行共混；

所述同向平行双螺杆挤出机的长径比为52，双螺杆挤出机中输送型螺纹元件和剪切型螺纹元件的总长度比值为5.2，剪切型螺纹元件两个盘之间的夹角为45°，排气区的长度为800mm，排气区设置大导程输送型螺纹元件，大导程输送型螺纹元件外径为87mm，排气区真空度为-0.98bar，物料在排气区的停留时间约为35s，熔体计量泵（稳压系统5）前压设定为100Bar，实际温度保持在180±5℃，同向平行双螺杆挤出机4的螺杆转速为380rpm，共混温度为180℃，共混时间约为320s，共混后从片材模头6出来经成型机7压延成型，片材模头的压力为110bar。

压延成型后经萃取剂三氯乙烯于40℃萃取10min，萃取后于真空烘箱中115℃干燥15min，最后经分切制得成品。

对比例

对比例1

电池隔膜为韩国世邦0.2基厚PE电池隔膜。

对比例2

电池隔膜为美国恩泰克0.3基厚PE电池隔膜。

实验例

实验例1 成孔率测试

对实施例1和实施例2及对比例1和对比例2的高孔率电池隔膜参照标准GB/T28535-2018进行成孔率测试，测试结果如表1所示。

表1

特性	单位	实施例1	实施例2	对比例1	对比例2
						基材厚度	mm	0.2	0.3	0.2	0.3
孔率	%	65	64	51	49
						微孔填充剂含量	%	14	15	13	13.5
电阻	Ω•dm²	0.00041	0.00043	0.00055	0.0009
						抗穿刺强度	N	9.5	10	9	9.5
20小时抗氧化性	%	460	485	250	280

由表1可以看出，由本发明方法制得的电池隔膜与对比例相同基材厚度的情况下，具有比对比例更高的孔隙率，本发明的孔隙率均在60%以上。

实验例2 电阻测试

对实施例1和实施例2及对比例1和对比例2的高孔率电池隔膜参照标准GB/T28535-2018进行电阻测试，测试结果如表1所示。

从表1中可以看出，本发明制得的电池隔膜在相同基材厚度的情况下，具有较低的电阻，其电阻为0.00041～0.00045Ω•dm²。

实验例3 抗氧化性测试

对实施例1和实施例2制得的高孔率电池隔膜及对比例1和对比例2按照GB/T28535-2018进行抗氧化性能测试，测试结果如表1所示。抗氧化性以经过氧化后的样品的横向伸长率计算，数值以百分数表示。

从表1可以看出，本发明电池隔膜的20h抗氧化性为460%～490%，本发明制得的电池隔膜在不降低基材厚度的前提下，仍具有良好的抗氧化性能，与对比例相比，在隔膜厚度相同的条件下，本发明的抗氧化性远高于对比例的抗氧化性。

实验例4 抗穿刺性能测试

对实施例1和实施例2制得的高孔率电池隔膜及对比例1和对比例2按照GB/T28535-2018进行抗穿刺性能测试，测试结果如表1所示。

从表1中可以看出，本发明制得的高孔率电池隔膜在与对比例1和对比例2中电池隔膜相同厚度的情况下，其抗穿刺强度高于对比例1和对比例2电池隔膜的抗穿刺强度，本发明制得高孔率电池隔膜的抗穿刺强度为9.5～10N。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种高孔率电池隔膜的制备方法，其特征在于，该高孔率电池隔膜由包括聚合物、二氧化硅、表面活性剂、微孔填充剂和抗氧化剂的原料制得；

该制备方法包括以下步骤：

步骤1、混合聚合物、二氧化硅、表面活性剂、微孔填充剂和抗氧化剂；

所述二氧化硅的吸油值为2.2～2.6ml/g的气相二氧化硅；

所述聚合物为分子量为500万～900万的超高分子量聚乙烯；

表面活性剂为丁二酸二己酯磺酸钠；

微孔填充剂为加氢处理环烷基馏分；

抗氧化剂为季戊四醇酯；

基于1重量份的超高分子量聚乙烯，原料组成为：

气相二氧化硅 3～4重量份；

丁二酸二己酯磺酸钠 0.2～0.4重量份；

加氢处理环烷基馏分 8.5～13重量份；

季戊四醇酯 0.002～0.006重量份；

采用包括同向平行双螺杆挤出机的成型装置进行电池隔膜的制备；

所述成型装置包括高低混合机组（1）、物料输送装置（2）、失重式喂料器（3）、同向平行双螺杆挤出机（4）、稳压系统（5）、片材模头（6）和成型机（7）；

所述物料输送装置（2）位于高低混合机组（1）和失重式喂料器（3）之间，同向平行双螺杆挤出机（4）位于失重式喂料器（3）和稳压系统（5）之间，片材模头（6）位于稳压系统（5）和成型机（7）之间；

采用高低混合机组（1）进行上述物料的混合，所述高低混合机组（1）包括高速混合机（11）和低速混合机（12）；

步骤2、将得到的混合物置于双螺杆挤出机中进行共混；

所述共混在同向平行双螺杆挤出机（4）中进行，所述同向平行双螺杆挤出机（4）包括挤出机机桶（41）、螺杆、排气口（42）、挤出机喂料口（43）、液体微孔填充剂注入口（44）和排气区；

所述同向平行双螺杆挤出机（4），其中，输送型螺纹元件外径为75～92mm；

所述同向平行双螺杆挤出机（4）的长径比为32-55；

挤出机螺纹元件包含输送型螺纹元件和剪切型螺纹元件，且输送型螺纹元件合计总长度与剪切型螺纹元件合计总长度的比值范围为5-5.5；

剪切型螺纹元件两个盘之间的夹角为45°；

螺杆转速为20～600rpm，共混温度为160~230℃，共混时间为4~5min；

共混后的物料从片材模头（6）出来经成型机（7）压延成型，片材模头的压力为50~150bar；

稳压系统为熔体计量齿轮泵，熔体计量齿轮泵泵体温度为180～220℃；

熔体计量齿轮泵前压力设定范围为70～110bar；

混合物在排气区的停留时间为5～40s，排气区的真空度为-0.85至-0.98bar；

步骤3、将步骤2压延成型得到的片材进行后处理，得到高孔率电池隔膜；

所述后处理包括萃取、干燥和分切，所述萃取温度为35～45℃，萃取时间为6～15min。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，

所述萃取剂选自正己烷、三氯乙烯、汽油、乙酸乙酯和石油醚中的一种或几种。

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