[发明专利]一种聚烯烃多层微多孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由聚乙烯和聚丙烯组成的聚烯烃多层微多孔复合膜及其制备方法。

背景技术

近年来，石油能源资源短缺、国际石油价格飙升以及使用石化能源其造成的环境问题日益严峻，这引起全世界对新的环保能源的重视，为新能源动力电池行业的发展提供了前所未有的机遇。锂离子二次电池由于具有能量密度高、无记忆效应、使用寿命长、循环充放电效率高、对环境污染小等优点，成为广泛应用的新一代电池。综合目前电池的技术发展情况，锂离子二次电池由于其优异的性能，成为新能源动力电池的最佳选择。

锂离子电池隔膜是锂离子电池的重要组成部分，起着隔离电池正负极和允许充放电时锂离子电流通过的重要作用。并且，在锂离子电池由于内部或外部短路造成电池内部电流过大，温度剧升达到一定温度时，隔膜微孔关闭从而切断电池内部电路，保障电池的安全使用。虽然目前锂离子电池隔膜的产品质量较过去已经有了明显的提高，但汽车用锂离子电池对隔膜提出了更高的要求：更好的耐热性，优秀的力学性能等。这些问题关系着隔膜的品质高低，直接影响着电池的容量、寿命和安全性。锂离子电池隔膜的性能的提升是锂离子电池的升级换代的关键，也是新能源动力电池广泛应用的技术关键。

聚烯烃多微孔隔膜由于具有良好的绝缘性能、优良的力学机械性能、较低的闭孔温度和较宽的使用温度等优点，被广泛用作锂离子二次电池隔膜。目前市场上的电池隔膜主要是由聚乙烯和聚丙烯制备的隔膜。单纯的聚乙烯锂电池隔膜虽然具有较低的关闭温度，但其破膜温度也较低，如果电池内部温度超过闭孔温度后继续升高到一定的温度范围，聚乙烯薄膜熔融破裂，电池正负极直接连通，极易引发电池爆炸，电池的安全性不能得到很好的保障；另一方面，单纯的聚丙烯隔膜具有较高的破膜温度，但其关闭温度也相对较高，不利于电路的保护。现有的电池隔膜难以同时兼顾闭孔温度与破膜温度，而且，其透气性、关闭性能和穿刺强度各项性能差，膜的质量难以保证。

包含聚丙烯微多孔层与聚乙烯微多孔层的多层复合隔膜可以有效解决电池隔膜关闭温度与破膜温度难以同时兼顾的难题。美国的Celgard公司使用干法技术生产了膜层结构为PP/PE/PP的三层复合隔膜，克服了以上的技术难点，但干法制备的隔膜孔径大小不均匀，孔隙狭长，制备的隔膜偏厚，膜厚度小于20μm时质量得不到保障，这限制了其在新能源动力电池的进一步应用。公开号为CN1897329A中国专利文献介绍了一种由聚丙烯和聚乙烯构成的多层多孔薄膜，这种薄膜由湿法生产工艺制备，即具有了聚乙烯较低的闭孔温度，又兼具了聚丙烯较高的破膜温度。但是，我们通过深入的研究发现湿法技术制备的聚丙烯层拉伸效果很差，这也是湿法聚丙烯隔膜无法产业化的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的技术难题，对隔膜的材料结构进行创新设计，实现湿法多层隔膜的产业化，提供一种适合于动力锂离子电池使用的高品质锂离子电池隔膜，具有低闭孔温度、高破膜温度、低的热收缩、高的耐穿刺性能。

一种聚烯烃多层微多孔膜，其包括三层以上的聚烯烃微多孔膜，中间层为聚乙烯微多孔膜，两层表面层均是由聚丙烯与具有超高分子量的聚乙烯组成的微多孔膜；中间层的聚乙烯具有1×10⁵至6×10⁵的分子量；表面层的聚丙烯具有1×10⁵至1×10⁶的分子量，表面层的聚乙烯具有1×10⁶至5×10⁶的分子量。表面层所采用的聚乙烯分子量越高，膜的抗穿刺性能越好。

优选的，中间层的聚乙烯熔点低于135℃，选自高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯中的一种或几种混合。高密度聚乙烯是一种结晶度高、非极性的热塑性树指，具有好的化学稳定性以及很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，选用其来制备中间微多孔膜层，有助于降低该聚烯烃多层微多孔膜的关闭温度。线性低密度聚乙烯具有较低的软化温度和熔融温度，有强度大、韧性好、刚性大、耐热、耐寒性好等优点，选用其来制备中间微多孔膜层，能提高该聚烯烃多层微多孔膜的电流关闭速度。而选用茂金属聚乙烯作为中间微多孔膜层，还能够强化薄膜的挤出加工性能，使产品质量稳定。

优选的，表面层的聚丙烯熔点大于165℃，其重量占表面层重量的60％-95％；表面层的聚乙烯熔点大于136℃，其重量占表面层重量的5％-40％的重量。

优选的，该聚烯烃多层微多孔膜由三层聚烯烃微多孔膜构成，即其三层结构为(聚丙烯+超高分子量聚乙烯)/聚乙烯/(聚丙烯+超高分子量聚乙烯)。