鋰電池隔離膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種鋰電池隔離膜（lithiumbatteryseparators)，特別是有關(guān) 于一種具備熱閉孔性、耐穿刺及熱穩(wěn)定性的鋰電池隔離膜。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在可攜式電子產(chǎn)品上，未來，隨著電動(dòng)車的發(fā)展，相關(guān) 材料的需求也備受矚目。鋰離子電池具有高能量密度的優(yōu)勢(shì)，符合車用動(dòng)力鋰電池的需求， 但也因?yàn)槠漭敵龉β蚀?，以及電池尺寸增加，在運(yùn)作的同時(shí)也伴隨著大量的熱能產(chǎn)生，若無 有效的防護(hù)機(jī)制很容易造成熱失控（thermalrunaway)導(dǎo)致電池燃燒爆炸。隔離膜在鋰 電池安全上扮演極重要的角色，其位于兩極之間，負(fù)責(zé)離子傳導(dǎo)使電化學(xué)反應(yīng)可以進(jìn)行，因 此，隔離膜需要具有良好的離子傳導(dǎo)性，并擁有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐穿刺度，以防止反應(yīng)中 析出的鋰金屬刺破隔離膜造成短路，在異常升溫時(shí)，隔離膜的熱閉孔特性可以阻斷離子的 傳導(dǎo)使反應(yīng)終止避免持續(xù)地放熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基本上克服現(xiàn)有技術(shù)的種種缺陷，而具備熱閉孔性、 耐穿刺及熱穩(wěn)定性的鋰電池隔離膜。
[0004] 本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供一種鋰電池隔離膜，包括：一聚烯烴復(fù)合孔隙膜，包括 至少一聚乙烯孔隙膜與至少一聚丙烯孔隙膜；以及一紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜， 形成于該聚烯烴復(fù)合孔隙膜的至少一側(cè)。
[0005] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的新型隔離膜結(jié)構(gòu)中，聚丙烯孔隙膜可作為一抗穿刺 層，提供隔離膜足夠的機(jī)械強(qiáng)度，聚乙烯孔隙膜可作為一熱閉孔層，于異常升溫時(shí)熔融閉孔 阻斷電池反應(yīng)，紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜可作為一尺寸穩(wěn)定層，于高溫下維持尺 寸穩(wěn)定性，防止隔離膜受熱收縮，而聚偏二氟乙烯（PVDF)衍生物孔隙膜則作為一耐高溫 層，使隔離膜于高溫下維持結(jié)構(gòu)完整。因此，本發(fā)明的鋰電池隔離膜具有良好機(jī)械性質(zhì)，耐 穿刺，耐高溫，在高溫下具有良好尺寸穩(wěn)定性，且具有熱閉孔能力。
[0006] 為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配 合所附的附圖，作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0007] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0008] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0009] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0010] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0011] 圖5是根據(jù)本的發(fā)明又一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0012] 圖6是根據(jù)本的發(fā)明又一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0013] 圖7是根據(jù)本的發(fā)明又一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0014] 圖8是根據(jù)本的發(fā)明又一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0015] 圖9是根據(jù)本的發(fā)明又一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0016] 圖10是根據(jù)本的發(fā)明又一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0017] 圖11是根據(jù)本的發(fā)明又一實(shí)施例的一種鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0018] 圖12是一種傳統(tǒng)鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0019] 圖13是另一種傳統(tǒng)鋰電池隔離膜的剖面示意圖；
[0020] 其中，符號(hào)說明：
[0021] 10?鋰電池隔離膜；
[0022] 12、12'、120?聚乙烯（PE)孔隙膜；
[0023] 14、14'、140、140' ?聚丙烯（PP)孔隙膜；
[0024] 16、16'?紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜；
[0025] 18、18'、19、19'、190?聚烯烴復(fù)合孔隙膜；
[0026]20、200?聚偏二氟乙烯（PVDF)(衍生物）孔隙膜。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明的一實(shí)施例，提供一種鋰電池隔離膜，包括：一聚烯烴復(fù)合孔隙膜，包括至 少一聚乙烯孔隙膜與至少一聚丙烯孔隙膜；以及一紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜，形 成于聚烯烴復(fù)合孔隙膜的至少一側(cè)。
[0028] 上述聚乙烯孔隙膜可為一高密度聚乙烯（highdensitypolyethylene,HDPE)孔 隙膜，其樹脂密度約介于〇? 95g/CC?0? 975g/cc。
[0029] 上述聚丙烯孔隙膜的樹脂等規(guī)性（m-pentad)約介于90%?99%或92%?99%。
[0030] 上述紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜可包括聚三丙二醇二丙烯酸 酯（poly(tripropyleneglycoldiacrylate)，PTPGDA)、聚 1，6_ 己二醇二丙烯 酸酯（poly(1，6-hexanedioldiacrylate)，PHDDA)、聚三甲醇基丙基三丙烯酸酯 (poly(trimethylolpropanetriacrylate)，PTMPTA)或聚二新戊四醇六丙烯酸酯 (poly(dipentaerythritolhexylacrylate)，PDPHA)〇
[0031] 本發(fā)明鋰電池隔離膜可更包括一聚偏二氟乙烯（PVDF)衍生物孔隙膜，形成于聚 烯烴復(fù)合孔隙膜與紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜之間。上述聚偏二氟乙烯（PVDF)衍 生物孔隙膜可包括聚偏二氟乙烯（PVDF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP)共聚物、聚 偏二氟乙烯-三氟氯乙烯（PVDF-CTFE)共聚物或其組合，其熔點(diǎn)約介于160°C?180°C。
[0032] 本發(fā)明鋰電池隔離膜可為一微孔性隔離膜。
[0033] 根據(jù)ASTM_D726(B)測(cè)試，本發(fā)明鋰電池隔離膜的Gurley透氣度測(cè)試（S卩，在12. 2 英寸水柱壓力下使l〇cc空氣通過一平方英寸試樣膜片所需的時(shí)間）約小于80 (s/lOcc)，熱 閉孔溫度約小于135°C，以及耐熱溫度約大于165°C。
[0034] 上述聚乙烯孔隙膜與聚丙烯孔隙膜可由共押出制程制作。
[0035] 根據(jù)圖1?11，本發(fā)明鋰電池隔離膜可包括以下多種結(jié)構(gòu)態(tài)樣：
[0036]請(qǐng)參閱圖1，一鋰電池隔離膜10包括一聚乙烯孔隙膜12、一聚丙烯孔隙膜14與 一紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜16。聚丙烯孔隙膜14位于聚乙烯孔隙膜12上，紫外 光固化或熱固化高分子孔隙膜16位于聚丙烯孔隙膜14上。聚乙烯孔隙膜12與聚丙烯孔 隙膜14構(gòu)成一聚烯烴復(fù)合孔隙膜18。在一實(shí)施例中，紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜 16 可包括聚三丙二醇二丙烯酸酯（poly(tripropyleneglycoldiacrylate)，PTPGDA)、聚 1，6_ 己二醇二丙烯酸酯（poly(l，6_hexanedioldiacrylate)，PHDDA)、聚三甲醇基丙基三 丙烯酸酯（poly(trimethylolpropanetriacrylate)，PTMPTA)或聚二新戊四醇六丙烯酸酯 (poly(dipentaerythritolhexylacrylate)，PDPHA)〇
[0037] 鋰電池隔離膜10的制作方法如下：首先，以例如一共押出制程及延伸造孔制程制 作聚烯烴復(fù)合孔隙膜18。在共押出制程中，押出溫度可介于190°C?250°C，共押出制程后 所得的聚烯烴雙層前驅(qū)膜其總厚度可介于20ym?70ym，而聚丙烯層的厚度可占上述總 厚度的5%?50%。之后，以例如100°C?120°C對(duì)聚烯烴雙層前驅(qū)膜進(jìn)行一退火制程。之 后，對(duì)聚烯烴雙層前驅(qū)膜進(jìn)行一延伸造孔制程，例如先于室溫下進(jìn)行20%?40%單軸延伸， 再于100°C?120°C下進(jìn)行50%?200%單軸延伸。延伸造孔制程后所得的聚烯烴復(fù)合孔隙 膜18其總厚度可介于10ym?50iim。之后，涂布一固含量介于1?10%的紫外光固化或 熱固化高分子溶液于聚丙烯孔隙膜14表面。以紫外光照射或加熱進(jìn)行固化后，即可獲得本 發(fā)明包含聚乙烯孔隙膜12、聚丙烯孔隙膜14與紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜16的三 層隔離膜結(jié)構(gòu)。
[0038] 請(qǐng)參閱圖2,一鋰電池隔離膜10包括一第一紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜 16、一聚乙烯孔隙膜12、一聚丙烯孔隙膜14與一第二紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜 16'。聚乙烯孔隙膜12位于第一紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜16上，聚丙烯孔隙膜 14位于聚乙烯孔隙膜12上，第二紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜16'位于聚丙烯孔隙 膜14上。聚乙烯孔隙膜12與聚丙烯孔隙膜14構(gòu)成一聚烯烴復(fù)合孔隙膜18。在一實(shí)施例 中，第一紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜16與第二紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜 16'可包括聚三丙二醇二丙烯酸酯（poly(tripropyleneglycoldiacrylate)，PTPGDA)、聚 1，6_ 己二醇二丙烯酸酯（poly(1,6-hexanedioldiacrylate)，PHDDA)、聚三甲醇基丙基三 丙烯酸酯（poly(trimethylolpropanetriacrylate)，PTMPTA)或聚二新戊四醇六丙烯酸酯 (poly(dipentaerythritolhexylacrylate)，PDPHA)〇
[0039] 鋰電池隔離膜10的制作方法如下：首先，以例如一共押出制程制以及延伸造孔制 程制作聚烯烴復(fù)合孔隙膜18。在共押出制程中，押出溫度可介于190°C?250°C，共押出制 程后所得的聚烯烴雙層前驅(qū)膜其總厚度可介于20ym?70ym，而聚丙烯層的厚度可占上 述總厚度的5%?50%。之后，以例如100°C?120°C對(duì)聚烯烴雙層前驅(qū)膜進(jìn)行一退火制程。 之后，對(duì)聚烯烴雙層前驅(qū)膜進(jìn)行一延伸造孔制程，例如先于室溫下進(jìn)行20%?40%單軸延 伸，再于l〇(TC?120°C下進(jìn)行50%?200%單軸延伸。延伸造孔制程后所得的聚烯烴復(fù)合 孔隙膜18其總厚度可介于10ym?50ym。之后，涂布一固含量介于1?10%的第一紫外 光固化或熱固化高分子溶液于聚乙烯孔隙膜12表面，以及涂布一固含量介于1?10%的第 二紫外光固化或熱固化高分子溶液于聚丙烯孔隙膜14表面。以紫外光照射或加熱進(jìn)行固 化后，即可獲得本發(fā)明包含第一紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜16、聚乙烯孔隙膜12、 聚丙烯孔隙膜14與第二紫外光固化或熱固化高分子孔隙膜16'的四層隔離膜結(jié)構(gòu)。
[0040] 請(qǐng)參閱圖3, 一鋰電池隔離膜10包括一聚乙烯孔隙膜12、一聚丙烯孔隙膜 14