截面结构一致性高的隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种截面结构一致性高的隔膜及其制备方法，涉及新能源储能技术领域，所述隔膜的截面微孔结构具有如下分布：10nm≤孔径≤500nm的孔数占总孔数40％以上；500nm<孔径≤800nm的孔数占总孔数50％以下；800nm<孔径≤1500nm的孔数占总孔数10％以下。本发明专利技术解决了隔膜截面结构一致性差进而引起或加剧自放电、析锂等问题，达到了提高电池倍率性能、寿命、安全等性能的技术效果。安全等性能的技术效果。安全等性能的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
截面结构一致性高的隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及隔膜
，尤其是涉及一种截面结构一致性高的隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]隔膜作为锂离子电池体系中关键主材，主要作用是隔绝正、负极，防止短路，同时保证具有一定的电解质浸润性和保液性，为锂离子传输提供通道。隔膜各项性能直接决定电池的界面性能及内阻，进而影响到电池充放电性能及循环性能。
[0003]现有技术的锂离子电池隔膜主要以聚烯烃多孔隔膜为主，制备方法主要分为干法、湿法拉伸，如公开号为CN100448922C、名称为“由聚烯烃制得的微多孔膜”的专利公开了一种由聚烯烃制得的微多孔膜的方法及相关特性。公开号为CN107910476A、CN108565382A、CN109686900A及CN107275550A公开了通过无机或无机有机混涂，主要改善隔膜的耐热性和浸润性。
[0004]虽然现有聚烯烃多孔隔膜在锂离子电池中能够成熟应用，但目前技术主要关注隔膜的基本物性以及理化性能，对于微观结构，例如在孔径测试中，主要通过电镜观察隔膜的表层孔径，无法考察其截面结构，还有采用压水法或气压法测试的孔径大小(例如公开号为CN113285176A的专利文献)只能反映隔膜中整体孔情况，无法反映出截面的孔结构。
[0005]目前现有技术中对隔膜的截面微观结构的一致性关注较少，而截面微观结构缺陷易引起自放电、析锂等问题，进而影响电池倍率性能、寿命、安全等性能，国内外隔膜截面微观结构一致性亟需提升。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种截面结构一致性高的隔膜，其截面孔结构孔径分布具有高度一致性，用于降低或消除电芯自放电、析锂等问题，以进一步提高电池倍率性能、寿命、安全等性能。
[0008]本专利技术的目的之二在于提供一种截面结构一致性高的隔膜的制备方法，可以制备出截面微观结构一致性优异的隔膜。
[0009]本专利技术的目的之三在于提供一种包括所述隔膜的锂离子电池。
[0010]本专利技术的目的之四在于提供一种包括所述隔膜的钠离子电池。
[0011]本专利技术的目的之五在于提供一种包括所述隔膜的超级电容器。
[0012]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0013]第一方面，本专利技术提供了一种截面结构一致性高的隔膜，所述隔膜的截面微孔结构具有如下分布：10nm≤孔径≤500nm的孔数占总孔数40％以上，优选70％以上；500nm<孔径≤800nm的孔数占总孔数50％以下，优选30％以下；800nm<孔径≤1500nm的孔数占总孔数10％以下，优选2％以下；隔膜的厚度为3～20μm。
[0014]第二方面，本专利技术提供了一种所述截面结构一致性高的隔膜的制备方法，所述隔膜包括基膜，所述基膜采用湿法制得：将液态烃与聚烯烃树脂按照配方比例预处理，或直接输送至挤出系统，加热熔融形成均匀的混合物；混合熔体挤出至流延辊降温；进行相分离，冷却成型，制得膜片；再将膜片加热至接近熔点温度，进行双向同步或者分步拉伸使分子链取向，保温、定型；溶剂洗脱残留的液态烃，洗脱后将膜移出溶剂，干燥，然后再横向拉伸、定型、回缩，制备出相互贯通的基膜；
[0015]其中，湿法制备过程需要满足条件1和条件2中的至少一个：
[0016]条件1：膜移出溶剂至干燥过程之间采用剪辊或压辊给予基膜在TD方向加持力，剪辊或压辊的数量大于等于2个，优选4～10个；
[0017]条件2：相分离和冷却成型过程控制纵向张力＜300N/m；
[0018]或者，
[0019]所述基膜采用干法制得：
[0020]将聚烯烃树脂及添加剂原料按照配方比例预处理，或直接输送至挤出系统，原料在挤出系统中，经熔融塑化后从模头挤出熔体至流延辊降温，冷却成型，形成特定结晶结构的片材，将片材进行热处理后得到硬弹性薄膜，随后进行冷拉伸和热拉伸后形成纳米基膜；
[0021]其中，干法制备过程需要满足条件4：挤出和冷却成型过程控制纵向张力＜300N/m。
[0022]进一步的，所述隔膜还包括位于所述基膜的至少单面的多孔层；
[0023]多孔层是涂覆浆料涂覆在基膜单面或两面上，然后干燥形成；
[0024]制备过程需要满足条件5：涂覆浆料涂覆在基膜后至干燥过程之间采用剪辊或压辊给予膜在TD方向加持力，剪辊或压辊的数量≥2个。
[0025]第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，包括所述隔膜或所述制备方法制备得到的隔膜。
[0026]第四方面，本专利技术提供了一种钠离子电池，包括所述隔膜或所述制备方法制备得到的隔膜。
[0027]第五方面，本专利技术提供了一种超级电容器，包括所述隔膜或所述制备方法制备得到的隔膜。
[0028]本专利技术的技术方案具有如下有益效果：
[0029]本专利技术通过改进，使得隔膜截面微观结构一致性得以提升，解决了隔膜截面结构一致性差(尤其大孔径偏多)进而引起或加剧自放电、析锂等技术问题，达到了提高电池倍率性能、寿命、安全等性能的技术效果。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术提供的湿法隔膜制备过程；
[0032]图2为本专利技术提供的干法隔膜制备过程；
[0033]图3为本专利技术提供的湿法基膜涂覆隔膜制备过程；
[0034]图4为对比例制备的截面微观结构一致性差的隔膜；
[0035]图5为实施例1制备的截面微观结构一致性高的隔膜；
[0036]图6为实施例2制备的截面微观结构一致性高的隔膜；
[0037]图7为实施例4制备的截面微观结构一致性高的隔膜；
[0038]图8为实施例6制备的截面微观结构一致性高的隔膜。
具体实施方式
[0039]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]根据本专利技术的第一个方面，提供了一种截面结构一致性高的隔膜，经冷冻离子束切割所得截面微观结构孔径大小(平面任何方向尺寸)在电子扫描电镜表征中集中处于：10nm≤孔径≤500nm的孔数占总孔数40％以上(例如>50％、60％、70％、80％、90％)，优选70％以上；500nm<孔径≤800nm的孔数占总孔数50％以下(例如<40％、30％、20％、10％)，优选30％以下；800nm<孔径≤1500本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种截面结构一致性高的隔膜，其特征在于，所述隔膜的截面微孔结构具有如下分布：10nm≤孔径≤500nm的孔数占总孔数40％以上；500nm<孔径≤800nm的孔数占总孔数50％以下；800nm<孔径≤1500nm的孔数占总孔数10％以下；隔膜的厚度为3～20μm；所述截面为横截面时，横截面与其邻近的隔膜表面之间的距离不小于0.5μm；所述截面为纵截面时，纵截面为不含表面的任意截面。2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜包括基膜，基膜为单层或多层；或者，所述隔膜包括基膜和位于所述基膜的至少单面的多孔层；基膜为单层或多层；多孔层为单层或多层。3.根据权利要求2所述的隔膜，其特征在于，基膜的厚度为3～20μm；和/或，多孔层的厚度为0.1～6μm。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的截面结构一致性高的隔膜的制备方法，其特征在于，所述隔膜包括基膜，所述基膜采用湿法制得：将液态烃与聚烯烃树脂预处理，或直接输送至挤出系统，加热熔融形成均匀的混合物；混合熔体挤出至流延辊降温，进行相分离，冷却成型，制得膜片；再将膜片加热至接近熔点温度，进行双向同步或者分步拉伸使分子链取向，保温、定型；溶剂洗脱残留的液态烃，洗脱后将膜移出溶剂，干燥，然后再横向拉伸、定型、回缩，制备出相互贯通的基膜；其中，湿法制备过程需要满足条件1和条件2中的至少一个：条件1：膜移出溶剂至干燥过程之间采用剪辊或压辊给予基膜在TD方向加持力，剪辊或压辊的数量大于等于2个；条件2：相分离和冷却成型过程控制纵向张力＜300N/m；或者，所述基膜采用干法制得：将聚烯烃树脂及添加剂原料预处理，或直接输送至挤出系统，原料在挤出系统中，经熔融塑化后从模头挤出熔体至流延辊降温，冷却成型，形成特定结晶结构的片材，将片材进行热处理后得到硬弹性薄膜，随后进行冷拉伸和热拉伸后形成纳米基膜；其中，干法...

【专利技术属性】
技术研发人员：董秋春，白耀宗，刘杲珺，张绪杰，薛山，刘志刚，朱滕辉，张影，吴奇阳，史新明，马源，甘珊珊，
申请(专利权)人：中材锂膜有限公司，
类型：发明
国别省市：