一種復合集流體用基膜及其制備方法與流程

本發明屬于鋰電池用集流體，具體是一種復合集流體用基膜及其制備方法。

背景技術：

1、由于金屬材料具有良好的導電性，傳統集流體采用純金屬制成的箔片，根據鋰電池正負極電位情況正極用鋁箔，負極用銅箔。但隨著技術發展需求，傳統技術中的金屬電極已不能完全滿足使用要求，主要問題在于平衡集流體厚度和機械強度之間的矛盾,當厚度降低,集流體表面涂層的活性物質的厚度增加，電池能量密度會增加，但機械強度更小,則集流體容易變形；金屬電極的集流體會產生較大的毛刺，發生電池短路或電池遭到穿刺等風險較高，從而導致電池的安全性能的下降。

2、隨著新能源電池技術的進一步發展，復合銅箔受到上下游產業的廣發關注，現階段，復合銅箔是以pet、pp或者pi為基材，在厚度為4～6微米的薄膜表面先采用磁控濺射的方式，制備一層20～80nm的金屬膜層；然后采用水電鍍的方式，將銅層加厚到1～5微米，復合銅箔整體厚度在5～8微米，替代傳統銅箔。復合銅箔能節省約70％的銅，可降低材料成本，同時解決的了因減薄帶來的強度降低、毛刺等問題。

3、但是對于以上復合集流體，由于所用高分子聚合物膜一方面表面極性較弱，其表面張力較低、表面粘附性能較弱,所制備的復合集流體中高分子聚合物基膜與金屬層間的結合力較弱。另一發面材料的耐電解液性能較差，所制備的復合集流體高分子物質在長時間使用后發生溶穿、金屬層脫落、污染電解液等不良現象，導致復合集流體的結構穩定性較差，影響復合集流體的正常使用。

4、因此，開發一種結構穩定、耐電解液性能良好的的復合集流體，從而提升目前復合集流體的結構穩定性,以促進復合銅箔集流體的推廣及應用極為重要。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種復合集流體用基膜及其制備方法，該復合集流體用基膜具有優異的耐電解液、強度、耐溫性等，能夠滿足集流體發展的趨勢。

2、本發明的目的是通過以下技術方案得以實現的：

3、一種復合集流體用基膜，包括兩層聚合物極性材料層，以及位于兩層聚合物極性材料層之間的聚合物強化材料層；即所述復合集流體用基膜為聚合物極性材料層-聚合物強化材料層-聚合物極性材料層構成的夾心結構。

4、所述聚合物極性材料層包括聚烯烴、極性高分子材料、兩性材料和抗氧劑；

5、所述聚合物強化材料層包括聚烯烴、強化材料和抗氧劑。

6、上述方案中，通過調整邊層(即聚合物極性材料層)中各組分的種類使邊層具有良好的表面附著力，可以和金屬物質很好的結合，通過調節芯層(即聚合物強化材料層)中各組分的種類。使芯層較普通的聚丙烯薄膜而言具有更好的耐溫性和強度，使得基膜整體的強度增加，有利于后期加工及應用。相較現有技術，本發明制備的復合集流體用基膜在耐電解液、強度、耐溫性等方面均顯著提高，滿足集流體發展的趨勢。

7、作為本技術的一些可實施方式，所述聚合物極性材料層和所述聚合物強化材料層中的聚烯烴均為聚丙烯、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸酯的共聚物、聚1-丁烯、聚4-甲基-1-戊烯、環烯烴聚合物中的一種或多種。

8、作為本技術的一些可實施方式，所述極性高分子材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚、聚二苯醚砜、聚偏二氯乙烯、聚己內酰胺、聚亞癸基甲酰胺、聚癸二酰己二胺、聚亞壬基脲、聚[雙(三氯)化乙氧基]磷腈中的一種或多種。

9、作為本技術的一些可實施方式，所述兩性材料為馬來酸酐接枝pp、mah接枝pp、gma接枝pp，馬來酸酐接枝pe、mah接枝pe、gma接枝pe，馬來酸酐接枝poe、mah接枝poe、gma接枝poe,馬來酸酐接枝eva、mah接枝eva、gma接枝eva,馬來酸酐接枝epdm、mah接枝epdm、gma接枝epdm，馬來酸酐接枝sebs、mah接枝sebs、gma接枝sebs，甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯-丙烯乙酯三元聚合物、馬來酸酐接枝丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、苯乙烯-馬來酸酐無規共聚物或苯乙烯-順丁二酸酐共聚物中的一種或多種。

10、作為本技術的一些可實施方式，所述強化材料為碳納米管、碳纖維、碳化硅晶須、玻璃纖維、硅酸鈣晶須、硅灰石、水鎂石、葉臘石，滑石粉、碳酸鈣、二氧化硅、明礬、二氧化鈦、氧化鈣、氧化鎂、炭黑、云母等，脂肪羧酸金屬化合物、山梨醇芐叉衍生物、芳香族羧酸金屬化合物、有機磷酸鹽和木質酸及其衍生物類、苯甲酸鈉和雙(對叔丁基苯甲酸)羧基鋁中的一種或多種。

11、作為本技術的一些可實施方式，所述聚合物極性材料層和所述聚合物強化材料層中的抗氧劑均為四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸十八碳醇酯、亞磷酸三(2,3-二叔丁基苯基)酯、雙(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯中的一種或多種。

12、作為本技術的一些可實施方式，所述的復合集流體用基膜厚度為4～6μm，所述聚合物強化材料層厚度為所述復合集流體用基膜厚度的50％～90％。優選的，所述復合集流體用基膜厚度為4μm～5μm，所述聚合物強化材料層厚度為所述復合集流體用基膜厚度的60％～80％。

13、作為本技術的一些可實施方式，所述聚合物極性材料層包括50～95質量份的聚烯烴、5～40質量份的極性高分子材料、0.1～10質量份的兩性材料和0.1～0.5質量份的抗氧劑。

14、作為本技術的一些可實施方式，所述聚合物強化材料層包括89.5～99.8質量份的聚烯烴、0.1～10質量份的強化材料和0.1～0.5質量份的抗氧劑。

15、此為，為實現上述目的，本發明還提供了一種復合集流體用基膜的制備方法，包括如下步驟：

16、s1.制備聚合物極性材料：先將聚烯烴、極性高分子材料、兩性材料和抗氧劑混合均勻，其后經雙螺桿擠出造粒機造粒，最后經水冷、風冷、切粒，制得聚合物極性材料。

17、s2.制備聚合物強化材料:先將聚烯烴、強化材料和抗氧劑混合均勻，其后經雙螺桿擠出造粒機造粒，最后經水冷、風冷、切粒，制得聚合物強化材料；

18、s3.制備復合集流體用基膜：先將聚合物極性材料和聚合物強化材料切片并在80～110℃下干燥4～10h；其后將干燥后的聚合物極性材料切片投入三層共擠邊層擠出機，將聚合物強化材料切片投入三層共擠芯層擠出機，經熔融擠出后，經過40～110℃激冷輥冷，再依次經縱向拉伸、橫向拉伸以及定型后，制得復合集流體用基膜。

19、作為本技術的一些可實施方式，步驟s1和s2中，雙螺桿擠出造粒機的擠出溫度為150℃～300℃；步驟s3中，擠出機溫度為150～300℃

20、作為本技術的一些可實施方式，步驟s3中，經激冷輥冷后的具體步驟為：

21、經縱向拉伸系統在40～120℃預熱、120～160℃條件縱向拉伸2～7倍、130～180℃條件下定型后送入橫向拉伸系統，在80～150℃預熱、140～190℃條件下橫向拉伸2～8倍、140～200℃定型后，制得厚度為4μm～6μm的復合集流體用基膜。

22、相較現有技術，本發明的有益效果是：

23、本發明提供了一種復合集流體用基膜，其為聚合物極性材料層-聚合物強化材料層-聚合物極性材料層構成的夾心結構，能夠最大程度兼顧邊層和芯層性能，具有良好的耐溫性、以及耐電解液性能。其中，在邊層結構中加入極性材料，能夠使邊層具有較好的極性，有效提高表面張力，有利于后期與金屬物質的復合；在邊層結構中加入兩性材料，能很好的將聚烯烴和極性材料融合在一起，使得材料整體上表現出均勻的極性；在邊層結構中加入兩性材料和聚烯烴，能很好的將邊層和芯層粘結在一起，防止出現分層等不良現象。邊層強極性物質以及兩性物質的引入，能夠有效的起到穩定結構的作用，從而防止器件的損壞。在芯層結構中加入強化物質，能加速聚烯烴的結晶，從而提高復合集流體用基膜的耐溫性、強度和耐化學，從整體上提高了器件的安全性。