一种锂离子电池隔膜及其制造方法

摘要

本发明涉及一种新型锂离子电池隔膜及其制造方法。利用化纤复合纺丝技术生产出以聚丙烯PP为芯、碱溶性聚酯COPET和聚乙烯PE为皮，同时COPET和PE呈海岛分布的复合细旦POY纤维，再将该POY纤维通过整经，排列成一定幅宽的织物，通过热辊拉伸热压，使熔点低的PE组分熔融相连而变成膜，再经过碱液溶掉COPET，使薄膜中的COPET处变成孔隙，而PP纤维成了这张膜的骨架，最终形成一种强度高、孔隙均匀、厚度适中可以适应于实际应用的锂离子电池隔膜。其优点在于其厚度、强度、孔隙都能进行有效的控制，同时PE的熔点在120度左右，当电池出现故障发热达到PE熔点时，PE会自动熔化，使隔膜里面的孔隙关闭起来，电池自动停止工作，从而避免出现危险事故。

权利要求

1.一种锂离子电池隔膜，其特征在于：利用化纤复合纺丝技术生产出以聚丙烯PP为芯、碱溶性聚酯COPET和聚乙烯PE为皮，同时COPET和PE呈海岛分布的复合细旦POY纤维，其中，COPET为岛，PE为海，再将该POY纤维通过整经，排列成一定幅宽的织物，通过热辊拉伸热压，使熔点低的PE组分熔融相连而变成膜，而熔点较高的PP、COPET组份形成的纤维均匀的分布在PE薄膜里面，再经过碱液溶掉COPET，使薄膜中的COPET处变成孔隙，而PP纤维成了这张膜的骨架，最终形成一种锂离子电池隔膜。

2.一种如权利要求1所述锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）通过热熔纺丝技术配合复合纺丝组件，生产出以聚丙烯PP为芯、碱溶性聚酯COPET和PE为皮，同时COPET和PE呈海岛分布的复合细旦POY纤维，生产出复丝为10-20旦，单丝为1旦-2旦的多组分细旦复合POY纤维，其中：PP占5-10wt%，COPET占40-45wt%，其余为PE；

（2）根据实际需要用复合POY纤维整经出一定幅宽的织物；

（3）织物经过热辊拉抻，由于各组份材料的差异，POY纤维各组分分裂开来，PP、COPET形成单丝极小的超细旦纤维；PP纤维控制在0.05旦-0.2旦之间，COPET控制在0.01-0.02旦之间；

（4）再经过120-122度的热辊进行压缩，使PE熔化成膜，而COPET在拉伸热压的过程中形成极小无规纤维，均匀的分布在薄膜中；同时通过复丝纤维的旦数和拉伸倍数来控制薄膜的厚度，控制在38-42微米之间；

（5）薄膜再经过15g/L氢氧化钠碱液在蒸化温度105℃进行溶解10-15分钟，使COPET纤维溶解掉，在薄膜上形成很多无规有序尺寸可控的的孔隙，孔隙控制在0.1-0.3微米之间；

而PP不受碱液影响，最终以纤维形式存在薄膜里，成了这张膜的骨架，从而使这张膜的强度得到大大加强；

（6）再经过烘干热定型处理，卷绕制得强度更高，厚度适中，孔隙更小和分布更好的锂离子电池隔膜。

说明书

一种锂离子电池隔膜及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明属于锂离子电池隔膜技术领域，具体涉及一种新型锂离子电池隔膜及其制造方法。

背景技术

[0002] 在锂离子电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜可隔离电池正负极，以防止出现短路；还可以在电池过热时，通过闭孔功能来阻隔电池中的电流传导。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。高端隔膜材料特别是动力锂离子电池用隔膜材料对产品的一致性要求极高，除了厚度、表面密度、力学性能这些基本要求之外，对隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也有很高的要求。我国隔膜行业经过十多年的发展，虽然已经逐步缩小与外国高端技术的差距。但在工艺与产品的要求方面仍然存在着不少问题。比如隔膜的强度不足，孔隙不均，不耐高温等等问题。而随着未来新能源电动汽车普及以及越来越大的以电力取代其他能源的趋势，锂离子电池隔膜的发展是否能够跟上社会发展的需要，成为了一个行业发展的难题和挑战。

[0003] 本发明所涉及到的一种锂离子电池隔膜及其制造方法，旨在提供一个强度更高，孔隙更均匀的隔膜制造方法。即通过纺丝工艺生产出以PP、PE和COPET多组分复合细旦POY纤维。通过整经使纤维形一定宽幅的织物，再经过热辊热压拉伸，使熔点低的PE纤维熔融成膜，再经过碱液溶掉COPET形成孔隙，而PP纤维成了这张膜的骨架；最终形成出强度高、孔隙均匀、厚度适中可以适应于实际应用的锂离子电池隔膜。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种新型锂离子电池隔膜及其制造方法，旨在提供一个强度更高，孔隙更均匀的隔膜制造方法。

[0005] 本发明，所述的锂离子电池隔膜，利用化纤复合纺丝技术生产出以聚丙烯PP为芯、碱溶性聚酯COPET和聚乙烯PE为皮，同时COPET和PE呈海岛分布的复合细旦POY纤维，其中，COPET为岛，PE为海，再将该POY纤维通过整经，排列成一定幅宽的织物，通过热辊拉伸热压，使熔点较低的PE组分熔融相连而变成膜，而熔点较高的PP、COPET组份形成的纤维均匀的分布在PE薄膜里面，再经过碱液溶掉COPET，使薄膜中的COPET处变成孔隙，而PP纤维成了这张膜的骨架，最终形成一种锂离子电池隔膜。

[0006] 本发明，所述锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

[0007] （1）通过热熔纺丝技术配合复合纺丝组件，生产出以聚丙烯PP为芯、碱溶性聚酯COPET和PE为皮，同时COPET和PE呈海岛分布的复合细旦POY纤维，生产出复丝为10-20旦，单丝为1旦-2旦多组分细旦复合POY纤维，其中：PP占5-10wt%，COPET占40-45wt%，其余为PE；

[0008] （2）根据实际需要用复合POY纤维整经出一定幅宽的织物；

[0009] （3）织物经过热辊拉抻，由于各组份材料的差异，POY纤维各组分分裂开来，PP、COPET形成单丝极小的超细旦纤维；PP纤维控制在0.05旦-0.2旦之间，COPET控制在0.01-0.02旦之间；

[0010] （4）再经过120-122度的热辊进行压缩，使PE熔化成膜，而COPET在拉伸热压的过程中形成极小无规纤维，均匀的分布在薄膜中；同时通过复丝的纤维的旦数和拉伸倍数来控制薄膜的厚度，控制在38-42微米之间；

[0011] （5）薄膜再经过15g/L氢氧化钠碱液在蒸化温度105℃进行溶解10-15分钟，使COPET纤维溶解掉，在薄膜上形成很多无规有序尺寸可控的的孔隙，孔隙控制在0.1-0.3微米之间；而PP不受碱液影响，最终以纤维形式存在薄膜里，成了这张膜的骨架，从而使这张膜的强度得到大大加强；

[0012] （6）再经过烘干热定型处理，卷绕制得强度更高，厚度适中，孔隙更小和分布更好的锂离子电池隔膜。

[0013] 本发明，所述PE组份为高密度聚乙烯HDPE，其型号可选52815，熔点为122℃左右； PP组份为高弯曲模量聚丙烯，其型号可选Z30S ，熔点为165℃左右；COPET组份为碱溶性聚酯，其型号可选6070，熔点为240℃左右；复合纺丝组件为市售产品，由常州纺兴精密机械有限公司提供。

[0014] 本发明，由于利用化纤复合纺丝技术生产出复合细旦POY纤维， POY纤维通过整经、热压成膜，再经过碱液溶掉COPET，最终形成强度高、孔隙均匀、厚度适中可以适应于实际应用的锂离子电池隔膜。其优点在于其厚度、强度、孔隙都能进行有效的控制，同时PE的熔点在120度左右，当电池出现故障发热达到PE熔点时，PE会自动熔化，使隔膜里面的孔隙关闭起来，电池自动停止工作，从而避免出现危险事故。

附图说明

[0015] 图1为单丝复合POY纤维结构截面示意图；

[0016] 图2为工艺流程示意图。

[0017] 图中，1为PP；2为PE；3为COPET。

具体实施方式

[0018] 一种锂离子电池隔膜，利用化纤复合纺丝技术生产出以聚丙烯PP为芯、碱溶性聚酯COPET和聚乙烯PE为皮，同时COPET和PE呈海岛分布的复合细旦POY纤维，其中，COPET为岛，PE为海，再将该POY纤维通过整经，排列成一定幅宽的织物，通过热辊拉伸热压，使熔点低的PE组分熔融相连而变成膜，而熔点较高的PP、COPET组份形成许多微小的纤维均匀的分布在PE薄膜里面，再经过碱液溶掉COPET，使薄膜中的COPET处变成孔隙，而PP纤维成了这张膜的骨架，最终形成一种锂离子电池隔膜。其制备的方法包括以下步骤：

[0019] （1）通过热熔纺丝技术配合复合纺丝组件（复合纺丝组件由常州纺兴精密机械有限公司提供），生产出复丝为10-20旦，单丝为1旦-2旦多组分细旦复合POY纤维。其中PP占5-10wt%，COPET占40-45wt%，其余为PE，为了使COPET在压缩拉伸后能均匀分布，COPET纤维分布的份数要尽量多，纤维旦数尽量小，一般控制在0.01-0.02旦左右；

[0020] （2）根据实际需要用复合POY纤维整经出一定幅宽的织物；

[0021] （3）织物经过热辊拉抻，由于各组份材料的差异，POY纤维各组分分裂开来，PP、COPET形成单丝极小的超细旦纤维；PP纤维控制在0.05旦-0.2旦之间，COPET控制在0.01-0.02旦之间；

[0022] （4）再经过120度以上的热辊进行压缩，使PE组分熔化成膜，而COPET在拉伸热压的过和中形成极小无规纤维，均匀的分布在薄膜中，同时通过复丝的纤维的旦数和拉伸倍数来控制薄膜的厚度,一般控制在40微米左右。

[0023] （5）薄膜再经过15g/L氢氧化钠溶液在蒸化温度105℃进行溶解10分钟左右，使大部分COPET纤维溶化掉，在薄膜上形成很多无规有序尺寸可控的的孔隙（孔隙一般控制在0.1-0.3微米)；而PP和PE则不受碱液影响，最终PP以纤维形式存在薄膜里，成了这张膜的骨架，从而使这张膜的强度得到大大加强。

[0024] （6）再经过烘干热定型处理，卷绕制得强度更高，厚度适中，孔隙更小和分布更好的锂离子电池隔膜。