[发明专利]一种耐低温锂电池微孔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及电池多层复合隔膜领域，针对干法单向拉伸锂电池隔膜在低温下发生脆性转变导致力学性能降低的问题，提供一种耐低温锂电池微孔膜及其制备方法，耐低温锂电池微孔膜包括中间层和设置在其两侧的表面层，表面层的原料包括高密度聚乙烯和顺式‑1,4‑聚丁二烯，中间层的原料包括均聚聚丙烯、顺式‑1,4‑聚丁二烯和无机物晶须。本发明通过在干法单向拉伸隔膜中加入低玻璃化转变温度的材料，有效避免隔膜在低温下的脆性转变，顺式‑1,4‑聚丁二烯掺杂在聚丙烯中具有良好的加工性能，能够降低隔膜在低温下的性能衰退；加入的无机物晶须也能增强隔膜的力学性能，进一步保障隔膜在低温下的强度。

技术领域

本发明涉及电池多层复合隔膜领域，尤其是涉及一种耐低温锂电池微孔膜及其制备方法。

背景技术

电池隔膜的主流制备方法为干法单向拉伸隔膜、干法双向拉伸隔膜和湿法双向拉伸隔膜。在动力汽车领域主要采用的为干法单向拉伸隔膜和湿法涂覆双向拉伸隔膜。相对于湿法涂覆隔膜，干法单向拉伸隔膜的成本较更低且长期使用的稳定性也更好，而且随着刀片电池的推广，干法单向拉伸隔膜的市场需求也逐步提高。

干法单向拉伸隔膜主要原料为聚丙烯，聚丙烯常温下有较高的力学性能。例如专利CN105479765B公开了一种干法单向拉伸隔膜及其制备方法，将聚烯烃颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头低温挤出，冷却辊铸片，得到片状聚丙烯基膜，再经过退火处理、单向拉伸等环节，制得具有高吸液率和或高保液率的干法单向拉伸隔膜。

但是由于聚丙烯的玻璃化转变温度在0 ℃左右，随着温度降低到0 ℃，聚丙烯会产生由高弹态向玻璃态的转变，此时聚丙烯会发生明显的脆性转变，材料的拉伸强度、穿刺强度等力学性能都会显著下降。这极大影响了隔膜在低温下的性能，进而加剧了锂电池在低温下的性能衰减和安全性降低。据此需要一种理想的解决方法。

发明内容

本发明为了克服干法单向拉伸锂电池隔膜在低温下发生脆性转变导致力学性能及穿刺强度降低的问题，提供一种耐低温锂电池微孔膜及其制备方法，通过在干法单向拉伸隔膜中加入低玻璃化转变温度的材料，有效避免隔膜在低温下的脆性转变，顺式-1,4-聚丁二烯的玻璃化转变温度为-100 ℃，具有极高的耐寒性，掺杂在聚丙烯中具有良好的加工性能，能够降低隔膜在低温下的性能衰退；同时，加入的无机物晶须也能增强隔膜的力学性能，进一步保障隔膜在低温下的强度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种耐低温锂电池微孔膜，包括中间层和设置在中间层两侧的表面层，所述表面层的原料包括高密度聚乙烯和顺式-1,4-聚丁二烯，所述中间层的原料包括均聚聚丙烯、顺式-1,4-聚丁二烯和无机物晶须。

本发明在表面层同时加入了顺式-1,4-聚丁二烯和聚乙烯。其中顺式-1,4-聚丁二烯的分子间作用力小，分子链柔性大，具有更低的玻璃化转变温度，承受外力时有很高的形变能力，是弹性和耐寒性兼具的高分子材料。顺式-1,4-聚丁二烯的玻璃化转变温度随着顺式含量的增加逐渐降低，耐寒性进一步提升。同时顺式-1,4-聚丁二烯的分子链比较规整，在拉伸后容易结晶获得力学性能的增强。而且顺式-1,4-聚丁二烯与聚乙烯、聚丙烯等材料也有很好的相容性，与聚乙烯、聚丙烯共混合具有良好的加工性。而加入的聚乙烯则具有较低的熔点，能够在高温时实现自关断，进而阻断电池的反应，提高了电池在高温时的安全性。同时聚乙烯还具有良好的电解液浸润性，在表层中可以提高隔膜吸液储液能力，增加电池的电性能。