一种多层孔隙膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多层孔隙膜，包括第一孔隙层，具有多个纵横比为1:2至1:5的孔隙；第二孔隙层，具有多个纵横比为1:2至1:5的孔隙；以及耐热层，具有多个孔隙，且该耐热层设置于该第一孔隙层与该第二孔隙层之间，该耐热层具有重量百分比为50％至80％的无机颗粒。本发明专利技术还提供上述多层孔隙膜的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于一种多层孔隙膜及其制备方法，尤其是以干式共挤出形成具有热稳定性的多层孔隙膜。
技术介绍
目前锂电池已经广泛的应用在便携式电子产品上，随着电动车的发展，相关材料的需求也备受瞩目。锂电池具有高能量密度的优势，符合车用动力锂电池的需求，但也因为其输出功率大以及电池尺寸增加，在工作的同时也伴随着大量的热能产生，若没有有效的防护机制很容易造成热失控(thermalrunaway)而导致电池燃烧爆炸。在锂电池中隔离膜是肩负安全的重要材料，负责离子传导，让电化学反应可以进行，因此隔离膜需要具有良好的离子传导性，并拥有足够的机械强度，防止制造或使用中隔离膜破裂造成短路，更重要的是在锂电池异常升温时，隔离膜的熔融热闭孔特性可以阻断离子的传导，使反应终止避免持续的放热，热闭孔到隔离膜熔破的温度区间即为热闭孔防护机制的有效工作区间，区间越大，热闭孔效果更明显。因应未来高功率锂电池的发展，如何有效扩大热闭孔温度工作区间以及提高锂电池使用安全性是目前积极努力的目标。
技术实现思路
本专利技术提供一种多层孔隙膜及其制备方法，通过干式共挤出方式形成孔径分布均匀、孔隙曲率较大的多层孔隙膜，适用于大电流放电的锂电池。本专利技术的多层孔隙膜具有良好的透气性、均匀的孔隙、足够的机械强度以及优良的耐热性，用于锂电池隔离膜可以提升电池的效能以及安全性。依据本专利技术的一实施例提供一种多层孔隙膜，包括第一孔隙层，具有>多个纵横比为1:2至1:5的孔隙；第二孔隙层，具有多个纵横比为1:2至1:5的孔隙；以及耐热层，具有多个孔隙，且该耐热层设置于该第一孔隙层与该第二孔隙层之间，该耐热层具有重量百分比为50％至80％的无机颗粒。依据本专利技术的另一实施例提供一种多层孔隙膜的制备方法，包括分别熔融第一聚烯烃树脂及混炼物，该混炼物包括第二聚烯烃树脂及多个无机颗粒；共挤出形成多层前体膜；以及单轴拉伸该多层前体膜形成多层孔隙膜。附图说明图1为本专利技术的多层孔隙膜的示意图。图2为本专利技术的多层孔隙膜的SEM图。图3为本专利技术的耐热层的SEM图。图4为本专利技术的第一孔隙层、第二孔隙层的SEM图。图5为本专利技术的制备多层孔隙膜的流程图。附图标记说明1多层孔隙膜11第一孔隙层12第二孔隙层20耐热层S101步骤S102步骤S103步骤。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。请参照图1，本专利技术一实施例的多层孔隙膜1包括第一孔隙层11、第二孔隙层12以及耐热层20，其中该耐热层20设置于第一孔隙层11与第二孔隙层12之间。该第一孔隙层11以及该第二孔隙层12具有聚烯烃树脂，该聚烯烃树脂具有纵横比为1:2至1:5的多个孔隙，在一实施例中，纵横比为1:2至1:5的孔隙占所有孔隙80％以上，当电池内部异常过热时，第一孔隙层11、第二孔隙层12达到熔点温度会熔融封闭孔隙，阻断离子的传导，终止继续反应放热；该耐热层20具有多个无机颗粒以及聚烯烃树脂所形成的多个孔隙，通过添加无机颗粒可以提升耐热层20的熔融温度，使得多层孔隙膜1耐热性可以达到180℃以上，因此从热闭孔到多层孔隙膜熔破的温度工作区间可以达到40℃至50℃的范围，大幅降低了电池热失控的机率。本专利技术的表层结构设置为第一孔隙层11、第二孔隙层12，是为了防止耐热层20的无机颗粒脱落，而多层孔隙膜1并不限定于三层结构。该第一孔隙层11、该第二孔隙层12及该耐热层20的聚烯烃树脂包括聚乙烯、聚丙烯或其组合，其中该聚乙烯的重均分子量为10000至13000、密度大于0.95g/cm3且熔点为135℃或以上，该聚丙烯的重均分子量为55000至70000、密度大于0.9g/cm3、熔点为165℃或以上且内消旋五单元组(meso-pentad)大于90％。在一实施例中，该聚乙烯为高密度聚乙烯(HighDensityPolyethylene，HDPE)，该聚丙烯为等规聚丙烯(IsotacticPolypropylene，iPP)。在另一实施例中，该第一孔隙层11以及该第二孔隙层12的聚烯烃树脂包括高密度聚乙烯，该耐热层的聚烯烃树脂包括等规聚丙烯，该多层孔隙膜1的组合具有较高的温度工作区间，有效提升电池的安全性。为了达到改善脱层情形发生，该耐热层20的聚烯烃树脂可进一步包括高密度聚乙烯，由于该耐热层20具有部分与该第一孔隙层11、该第二孔隙层12相同的材料，可以改善各层聚烯烃树脂间的附着性，在一实施例中，该耐热层具有重量百分比为3％至10％的高密度聚乙烯，重量百分比为50％至80％的无机颗粒以及重量百分比为10％至47％的等规聚丙烯，若聚乙烯添加过多则会造成耐热层20的熔融温度降低。该无机颗粒占整体耐热层20的重量百分比为50％至80％，其中无机颗粒选自氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、碳酸钙(CaCO3)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、粘土或其组合，该无机颗粒的尺寸为0.05μm至2μm，但不限于此。若无机颗粒占有的重量比例超过80％时，在干式工艺时孔隙可能过大，无法达到隔绝膜的效果；若无机颗粒占有的重量比例低于50％时，除了无法有效提升耐热层20的熔融温度外，在干式拉伸造孔时也可能无法有效形成孔隙。为了能够获得更高的熔融温度，耐热层20需要参杂高比例的无机颗粒，但当添加的无机颗粒的比例越多时就越容易脱落，本专利技术提供将耐热层20设置于第一孔隙层11与第二孔隙层12之间，使位于表层结构的第一孔隙层11、第二孔隙层12可以避免耐热层20中无机颗粒脱落，进一步提升电池的温度工作区间。图2所示者为对应图1的多层孔隙膜1的SEM图，耐热层20设置于该第一孔隙层11与该第二孔隙层12之间，以防止无机颗粒脱落。在一实施例中，该第一孔隙层的厚度为5μm至15μm，该第二孔隙层的厚度为5μm至15μm，该耐热层的厚度为5μm至15μm，该多层孔隙膜的整体厚度为15μm至45μm。如图3所示的耐热层20的SEM图，该耐热层20的多个孔隙是由该无机颗粒与该聚烯烃树脂之间的界面裂开所形成的，平均孔径为1μm至2μm。如图4所示的第一孔隙层11、第二孔隙层12的SEM图，该第一孔隙层11、该第二孔隙层12的多个孔隙是由该聚烯烃树脂中结晶体之间的界面裂开所形成的，孔径分布均匀，孔隙曲率较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层孔隙膜，其特征在于，包括：第一孔隙层，具有多个纵横比为1:2至1:5的孔隙；第二孔隙层，具有多个纵横比为1:2至1:5的孔隙；以及耐热层，具有多个孔隙，且该耐热层设置于该第一孔隙层与该第二孔隙层之间，该耐热层具有重量百分比为50％至80％的无机颗粒。

【技术特征摘要】
2014.12.10 TW 1031429691.一种多层孔隙膜，其特征在于，包括：
第一孔隙层，具有多个纵横比为1:2至1:5的孔隙；
第二孔隙层，具有多个纵横比为1:2至1:5的孔隙；以及
耐热层，具有多个孔隙，且该耐热层设置于该第一孔隙层与该第二孔
隙层之间，该耐热层具有重量百分比为50％至80％的无机颗粒。
2.如权利要求1所述的多层孔隙膜，其特征在于，该第一孔隙层包括
聚烯烃树脂，该第二孔隙层包括聚烯烃树脂，该耐热层包括聚烯烃树脂。
3.如权利要求2所述的多层孔隙膜，其特征在于，该聚烯烃树脂包括
聚乙烯、聚丙烯或其组合，该聚乙烯的重均分子量为10000至13000，该
聚丙烯的重均分子量为55000至70000。
4.如权利要求2所述的多层孔隙膜，其特征在于，该第一孔隙层以及
该第二孔隙层的聚烯烃树脂包括聚乙烯，该耐热层的聚烯烃树脂包括聚丙
烯。
5.如权利要求4所述的多层孔隙膜，其特征在于，该耐热层的聚烯烃
树脂还包括聚乙烯。
6.如权利要求5所述的多层孔隙膜，其特征在于，该耐热层具有重量
百分比为3％至10％的该聚乙烯，重量百分比为50％至80％的该无机颗粒
以及重量百分比为10％至47％的该聚丙烯。
7.如权利要求1所述的多层孔隙膜，其特征在于，该第一孔隙层的多
个孔隙的平均孔径为30nm至50nm，该第二孔隙层的多个孔隙的平均孔径
为30nm至50nm，该耐热层的多个孔隙的平均孔径为1μm至2μm。
8.如权利要求1所述的多层孔隙膜，其特征在于，该第一孔隙层的厚
度为5μm至15μm，该第二孔隙层的厚度为5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李治安，龚丹诚，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71