一种抗褶皱的集流体用PP基膜及其制备方法与流程

本发明提出了一种抗褶皱的集流体用pp基膜及其制备方法，涉及锂离子电池材料。

背景技术：

1、集流体是锂离子电池中不可或缺的组成部件之一，在锂离子电池中起到将活性物质产生的电流汇集输出、将电极电流输入给活性物质，从而实现化学能转化为电能的作用。集流体性能的好坏直接影响锂离子电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能，因此，开发综合性能和性能稳定性优异的集流体显得尤为重要。

2、传统集流体多为金属集流体，重量很大，导致集流体的质量在电池的总质量中占据了一个较大的比重，遭受机械应力(尤其是挤压、针刺、撞击)、热应力或是电应力等损伤时，也很容易发生内部短路，从而造成电池的热失控，导致安全事故。正是在这种形势下，复合集流体应运而生，它的出现引起了业内的广泛重视。复合集流体是将铜/铝原子沉积在聚合物基膜表面上，形成复合铜箔集流体或复合铝箔集流体，该类集流体将聚合物膜的机械和结构优势与铜和铝的电化学性能优势相结合，减少了金属的用量，能有效提升能量密度与安全性。聚合物基膜是复合集流体的关键部件之一，理想的复合集流体用基膜需要同时具有优异的机械力学性能，与金属之间的接触电阻小、结合力强，较佳的阻燃性能和电解液耐受性和较好的耐热老化性。

3、pp膜已经成为目前主流的集流体基膜之一，而pp基膜应用于集流体中，存在的主要问题之一，就是制备集流体过程中往往需要用到较高温度的操作步骤，由于当前的pp膜的耐高温性能有限，往往导致基膜在这些操作步骤中受热后发生收缩，产生褶皱，对最终产品的整体性能造成不良影响。

技术实现思路

1、本发明提出了一种抗褶皱的集流体用pp基膜及其制备方法，有效提高pp基膜的耐高温性能，避免后续使用过程中产生褶皱。具体方案如下：

2、一种抗褶皱的集流体用pp基膜：

3、包括表层、中间层和底层，其中，表层包括聚丙烯、聚甲醛，两者质量比为(95-97):(3-5)；中间层包括聚丙烯、聚酰胺，两者质量比为(80-90):(10-20)；底层包括聚丙烯、聚甲醛，两者质量比为(90-95):(5-10)。

4、优选地，所述聚酰胺包括尼龙6。

5、优选地，所述表层、中间层与底层的材料质量比为(1-2):(2-4):(8-10)。

6、一种抗褶皱的集流体用pp基膜的制备方法，包括以下步骤：

7、s1、将表层、中间层和底层的原材料分别混合，分别加入到双螺杆挤出机中挤压熔融；

8、s2、熔融后的表层、中间层和底层料液通过双螺杆挤出机的模头挤出成三层片材；

9、s3、挤出后材料经冷却辊进行冷却，得到三层片材；

10、s4、对所得三层片材进行第一次热处理后进行纵向拉伸，纵向拉伸得到的膜片进行第二次热处理后冷却得到纵拉膜片；

11、s5、所得纵拉膜片进行第三次热处理后进行第一次横向拉伸，横向拉伸所得膜片进行第四次热处理后冷却得到横拉膜片；

12、s6、所得横拉膜片经牵引、收卷、分切后包装得到集流体用pp基膜。

13、优选地，s2所述共挤出，表层切片所得熔融料、中间层切片所得熔融料与底层切片所得熔融料的出料质量比为(1-2):(2-4):(8-10)。

14、优选地，s4所述纵向拉伸，拉伸倍率为(3-5):1。

15、优选地，s5所述横向拉伸，拉伸倍率为(2-3):1。

16、优选地，s1所述表层、中间层和底层的原材料挤压熔融，分别控制温度在195℃以下、155℃以下、195℃以下。

17、优选地，步骤s2中，通过双螺杆挤出机的模头挤出成三层片材，模头温度为205-210℃。

18、优选地，上述所述第一次热处理温度为90-100℃，第一次热处理时间为15-20min；第二次热处理温度为110-120℃，第二次热处理时间为20-30min；第三次热处理温度为80-90℃，第三次热处理时间为15-20min；第四次热处理温度为100-110℃，第四次热处理时间为30-50min。

19、有益效果

20、本发明通过特定配方和三层结构设计，提高了pp基膜的耐高温性能，降低了pp基膜在高温使用条件下的热收缩率，就我们所知，在当前的薄膜相关研究中，本发明采用的聚甲醛往往用于改善薄膜的硬度、刚度、耐磨性等，现有的研究中未见到聚甲醛对薄膜的耐高温性能产生影响，在添加量为1％-4％这个范围内，pom的添加量相对较低，主要用于改善聚合物薄膜的特定性能，如硬度、耐磨性等，而不显著改变整体的物性，而在中等添加量(5％-10％)在这个范围内，pom的添加量逐渐增加，会有一些机械性能的改善，例如提高膜的硬度和刚度；而本发明采用的聚酰胺，在低添加量(1％-5％)这个范围内，主要用于调整膜的特定性能而不显著改变整体的物性，在中等添加量(5％-10％)这个范围内，pai的添加量逐渐增加，会一些机械性能的改善，主要表现在强度、刚度的改善，但在10％以下的添加量下，未看到对膜热稳定性、热收缩率的改善作用；并且，我们发现聚酰胺中的尼龙6能够达到提高热稳定性的作用，而尼龙66则完全对热稳定性无影响。但我们在研究中发现，在聚丙烯薄膜中设计三层结构，并在每一层设计特定的三者添加比例关系，能够达到提升膜材料耐高温性能、降低热收缩率的效果，可能是由于三层结构每层结构性质不同，异质性和两层之间的相互作用引起了在耐高温方面的复合效应。

技术特征：

1.一种抗褶皱的集流体用pp基膜：其特征在于：包括表层、中间层和底层，其中，表层包括聚丙烯、聚甲醛，两者质量比为(95-97):(3-5)；中间层包括聚丙烯、聚酰胺，两者质量比为(80-90):(10-20)；底层包括聚丙烯、聚甲醛，两者质量比为(90-95):(5-10)。

2.根据权利要求1所述的抗褶皱的集流体用pp基膜：其特征在于：所述聚酰胺包括尼龙6。

3.根据权利要求1所述的抗褶皱的集流体用pp基膜：其特征在于：所述表层、中间层与底层的材料质量比为(1-2):(2-4):(8-10)。

4.一种权利要求1-3任一项所述抗褶皱的集流体用pp基膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的抗褶皱的集流体用pp基膜的制备方法，其特征在于：s2所述共挤出，表层切片所得熔融料、中间层切片所得熔融料与底层切片所得熔融料的出料质量比为(1-2):(2-4):(8-10)。

6.根据权利要求4所述的抗褶皱的集流体用pp基膜的制备方法，其特征在于：s4所述纵向拉伸，拉伸倍率为(3-5):1。

7.根据权利要求4所述的抗褶皱的集流体用pp基膜的制备方法，其特征在于：s5所述横向拉伸，拉伸倍率为(2-3):1。

8.根据权利要求4所述的抗褶皱的集流体用pp基膜的制备方法，其特征在于：s1所述表层、中间层和底层的原材料挤压熔融，分别控制温度在195℃以下、155℃以下、195℃以下。

9.根据权利要求4所述的抗褶皱的集流体用pp基膜的制备方法，其特征在于：步骤s2中，通过双螺杆挤出机的模头挤出成三层片材，模头温度为205-210℃。

10.根据权利要求4所述的抗褶皱的集流体用pp基膜的制备方法，其特征在于：所述第一次热处理温度为90-100℃，第一次热处理时间为15-20min；第二次热处理温度为110-120℃，第二次热处理时间为20-30min；第三次热处理温度为80-90℃，第三次热处理时间为15-20min；第四次热处理温度为100-110℃，第四次热处理时间为30-50min。

技术总结本发明公开了一种集流体用PP基膜及其制备方法，涉及锂离子电池材料技术领域。PP基膜包括表层、中间层和底层，其中，表层包括聚丙烯、聚甲醛，质量比为(95‑97):(3‑5)；中间层包括聚丙烯、聚酰胺，质量比为(80‑90):(10‑20)；底层包括聚丙烯、聚甲醛，质量比为(90‑95):(5‑10)。本发明通过特定的配方和膜结构设计，大幅度提升了膜的耐热性，达到了降低集流体用PP基膜热收缩率的效果，有效防止褶皱的产生。技术研发人员：魏文良,於冬雷,王润霄,胡昊,王勇军,华斌,姜禹,高明辉,徐鼎盛受保护的技术使用者：扬州博恒新能源材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9