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交联聚烯烃隔膜及其制造方法

技术摘要:
本发明涉及一种交联聚烯烃隔膜及其制造方法,所述交联聚烯烃隔膜的特征在于,在所述隔膜的四个侧面被固定并使所述隔膜在130℃下静置30分钟之后,在380nm至700nm的区域内显示出30%以上的透光率平均值。因此,本发明能够提供由于闭孔温度低而改善了安全性、并且熔断温度  全部
背景技术:
近来,储能技术已受到越来越多的关注。随着储能技术的应用已经扩展到移动电 话、便携式摄像机和笔记本电脑的能量并且甚至扩展到电动车辆的能量,对电化学装置的 研究和开发已经越来越具体化。在这种情况下,电化学装置最受关注。在此类电化学装置之 中,可再充电二次电池的开发是关注的焦点。最近,为了在开发此类电池时改善容量密度和 比能量,已经进行了关于设计新型电极和电池的活跃研究。 在商购可得的二次电池之中,1990年代早期开发的锂二次电池由于与使用水性电 解质的常规电池如Ni-MH、Ni-Cd和硫酸-铅电池相比具有更高的工作电压和显著更高的能 量密度而备受关注。 这种锂二次电池包含正极、负极、电解质和隔膜。特别地,隔膜需要具有绝缘性能 以将正极与负极彼此隔开,并且基于高孔隙率,为了增加锂离子透过性需要具有高离子传 导性。 另外,要求隔膜在闭孔(shutdown)温度与熔断(meltdown)温度之间具有宽的间 隔,使得包含所述隔膜的锂二次电池可以确保安全性。为了扩大闭孔温度与熔断温度之间 的间隔,要求将闭孔温度控制为降低并且将熔断温度控制为升高。随着熔断温度增加,隔膜 具有更高的熔化温度以提供改善的稳定性。随着闭孔温度降低,孔堵塞可以在更低温度下 发生。闭孔温度可以由隔膜的透光率确定。根据相关技术的用于制造交联聚烯烃多孔膜的 方法显示出增加透光率的效果不足。
技术实现要素:
技术问题 设计本公开内容以解决相关技术的问题,因此本公开内容涉及提供一种制造交联 聚烯烃隔膜的方法以及通过所述方法获得的隔膜,所述交联聚烯烃隔膜具有高熔断温度并 通过防止口模流涎现象而显示出改善的加工性。 本公开内容还涉及提供一种制造具有高透光率并确保安全性的交联聚烯烃隔膜 的方法以及通过所述方法获得的隔膜。 技术方案 在本公开内容的一方面,提供了一种根据以下实施方式中任一项的交联聚烯烃隔 膜。 根据本公开内容的第一实施方式,提供了一种交联聚烯烃隔膜,在所述隔膜的四 6 CN 111615422 A 说 明 书 2/24 页 个侧面被固定并在130℃下静置30分钟之后,所述隔膜在380nm至700nm的区域内显示出 30%以上的透光率平均值。 根据本公开内容的第二实施方式,提供了如第一实施方式中所限定的交联聚烯烃 隔膜,在所述隔膜的四个侧面被固定并在130℃下静置30分钟之后,所述隔膜在380nm至 700nm的区域内显示出58%以上的透光率平均值。 在本公开内容的另一方面,提供了一种根据以下实施方式中任一项的交联聚烯烃 隔膜。 根据本公开内容的第三实施方式,提供了一种交联聚烯烃隔膜,基于在形成所述 交联聚烯烃隔膜的聚烯烃主链中的1000个碳原子,所述隔膜具有0.5~10个接枝单元。 根据本公开内容的第四实施方式,提供了如第三实施方式中所限定的交联聚烯烃 隔膜,基于在形成所述交联聚烯烃隔膜的聚烯烃主链中的1000个碳原子,所述隔膜具有1.0 ~8.0个接枝单元。 根据本公开内容的第五实施方式,提供了如第三或第四实施方式中所限定的交联 聚烯烃隔膜,其中所述接枝单元为硅烷接枝的单元。 根据本公开内容的第六实施方式,提供了如第一至第五实施方式中所限定的交联 聚烯烃隔膜,具有4.0~12.0μm的厚度。 在本公开内容的又一方面,提供了一种制造根据以下实施方式中任一项的交联聚 烯烃隔膜的方法。 根据本公开内容的第七实施方式,提供了一种制造交联聚烯烃隔膜的方法,包括 以下步骤: (S1)将聚烯烃、稀释剂、含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷、引发剂和交联催化剂引 入挤出机,然后混合,并进行反应挤出; (S2)将所述反应挤出的硅烷接枝的聚烯烃组合物成形为片状并拉伸; (S3)从所述拉伸的片中提取所述稀释剂以获得多孔膜; (S4)热固定所述多孔膜;和 (S5)在水存在下使所述热固定的多孔膜交联, 其中,在步骤(S1)中,将所述引发剂或所述含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷中的至 少一者以预定的时间间隔以分割的量引入并混合,并且 所述含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷的总含量(A)对所述引发剂的总含量(B)的重 量比(A/B)为80~600,或 先引入所述挤出机的所述含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷与后引入所述挤出机的 所述含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷相比具有更高的沸点。 根据本公开内容的第八实施方式,提供了如第七实施方式中所限定的制造交联聚 烯烃隔膜的方法,其中步骤(S1)包括: (S11)将聚烯烃和第一稀释剂引入挤出机,然后混合; (S12)将第二稀释剂、第一含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷、引发剂和交联催化剂 引入所述挤出机,然后混合;和 (S13)将第三稀释剂和第二含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷引入所述挤出机,然后 混合,并进行硅烷接枝的聚烯烃组合物的反应挤出, 7 CN 111615422 A 说 明 书 3/24 页 其中所述第一含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷与所述第二含碳-碳双键基团的烷 氧基硅烷相比具有更高的沸点。 根据本公开内容的第九实施方式,提供了如第八实施方式中所限定的制造交联聚 烯烃隔膜的方法,其中所述第一含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷具有150~200℃的沸点,并 且所述第二含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷具有70~140℃的沸点。 根据本公开内容的第十实施方式,提供了如第七至第九实施方式中任一项所限定 的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述第一含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷对所述第二 含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷的重量比为8:2~2:8。 根据本公开内容的第十一实施方式,提供了如第七至第十实施方式中任一项所限 定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述第一含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷包含乙烯 基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷和乙烯基三乙酰氧基硅烷中的任一种,或它们中 的至少两种的混合物。 根据本公开内容的第十二实施方式,提供了如第七至第十一实施方式中任一项所 限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述第二含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷包含乙 烯基三甲氧基硅烷和乙烯基氯(二甲基)硅烷中的任一种,或它们的混合物。 根据本公开内容的第十三实施方式,提供了如第七至第十二实施方式中任一项所 限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述第一稀释剂、所述第二稀释剂和所述第三稀 释剂各自独立地包含液体石蜡油、固体石蜡油、矿物油、蜡、大豆油、邻苯二甲酸酯、芳族醚、 C10~C20脂肪酸、C10~C20脂肪酸醇、脂肪酸酯或它们中的至少两种的混合物。 根据本公开内容的第十四实施方式,提供了如第七至第十三实施方式中任一项所 限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述第一稀释剂对所述第二稀释剂的重量比为4: 3~7:1.5。 根据本公开内容的第十五实施方式,提供了如第七至第十四实施方式中任一项所 限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述第一稀释剂对所述第三稀释剂的重量比为4: 3~7:1.5。 根据本公开内容的第十六实施方式,提供了如第七至第十四实施方式中任一项所 限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中从所述第一含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷的引 入到挤出所经过的时间基于从所述聚烯烃的引入到挤出所经过的时间的比为0.6~0.9。 根据本公开内容的第十七实施方式,提供了如第七至第十六实施方式中任一项所 限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中从所述第二含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷的引 入到挤出所经过的时间基于从所述聚烯烃的引入到挤出所经过的时间的比为0.2~0.5。 根据本公开内容的第十八实施方式,提供了如第七至第十七实施方式中任一项所 限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中,基于所述聚烯烃、所述第一稀释剂、所述第二稀 释剂和所述第三稀释剂的总含量100重量份,所述第一含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷的含 量为0.1~3.0重量份。 根据本公开内容的第十九实施方式,提供了如第七至第十八实施方式中任一项所 限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中,基于所述聚烯烃、所述第一稀释剂、所述第二稀 释剂和所述第三稀释剂的总含量100重量份,所述第二含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷的含 量为0.1~3.0重量份。 8 CN 111615422 A 说 明 书 4/24 页 根据本公开内容的第二十实施方式,提供了如第七至第十九实施方式中任一项所 限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中步骤(S5)在60~90℃下在50%~85%的相对湿度 下进行6~18小时。 根据本公开内容的第二十一实施方式,提供了如第七实施方式中所限定的制造交 联聚烯烃隔膜的方法,其中步骤(S1)通过将所述引发剂以预定的时间间隔以分割的量引入 所述挤出机并混合来进行,并且 所述含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷的总含量(A)对所述引发剂的总含量(B)的重 量比(A/B)为80~600。 根据本公开内容的第二十二实施方式,提供了如第二十一实施方式中所限定的制 造交联聚烯烃隔膜的方法,其中,在步骤(S1)中,将所述引发剂与所述稀释剂、含碳-碳双键 基团的烷氧基硅烷和所述交联催化剂中的至少一者一起引入所述挤出机,并且以预定的时 间间隔以分割的量引入并混合。 根据本公开内容的第二十三实施方式,提供了如第二十一或第二十二实施方式中 所限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中步骤(S1)包括: 将所述聚烯烃引入所述挤出机; 将先引入的组合物引入所述挤出机,然后混合,所述先引入的组合物包含所述稀 释剂、引发剂、含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷和所述交联催化剂的一部分;以及 以预定的时间间隔将后引入的组合物引入所述挤出机,然后混合,然后进行硅烷 接枝的聚烯烃组合物的反应挤出,所述后引入的组合物含有所述稀释剂、引发剂、含碳-碳 双键基团的烷氧基硅烷和所述交联催化剂的剩余部分, 其中所述先引入的组合物中所述含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷(a)对所述引发 剂(b)的重量比(a/b)是100~700,并且 所述后引入的组合物中所述含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷(c)对所述引发剂(d) 的重量比(c/d)小于所述先引入的组合物中所述含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷(a)对所述 引发剂(b)的重量比(a/b)。 根据本公开内容的第二十四实施方式,提供了如第二十三实施方式中所限定的制 造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述后引入的组合物中含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷(c) 对引发剂(d)的重量比(c/d)是20~400。 根据本公开内容的第二十五实施方式,提供了如第二十三或第二十四实施方式中 所限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述先引入的组合物中含碳-碳双键基团的烷 氧基硅烷(a)对引发剂(b)的重量比(a/b)为所述后引入的组合物中含碳-碳双键基团的烷 氧基硅烷(c)对引发剂(d)的重量比(c/d)的3~15倍。 根据本公开内容的第二十六实施方式,提供了如第二十三至第二十五实施方式中 任一项所限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中从所述后引入的组合物的引入到挤出所 经过的时间(t2)基于从所述先引入的组合物的引入到挤出所经过的时间(t1)的比(t2/t1) 是0.3~0.8。 根据本公开内容的第二十七实施方式,提供了如第二十一至第二十六实施方式中 任一项所限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷包 含由下列化学式1表示的化合物: 9 CN 111615422 A 说 明 书 5/24 页 [化学式1] 其中R1、R2和R3各自独立地表示C1~C10烷氧基基团或C1~C10烷基基团,条件是 R1、R2或R3中的至少一者表示烷氧基基团;并且 R表示乙烯基基团、丙烯酰氧基基团、甲基丙烯酰氧基基团或C1~C20烷基基团,其 中所述烷基基团的至少一个氢原子被乙烯基基团、丙烯酰基基团或甲基丙烯酰基基团取 代。 根据本公开内容的第二十八实施方式,提供了如第二十七实施方式中所限定的制 造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷包含乙烯基三甲氧基 硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅 烷、(3-甲基丙烯酰氧基丙基)三乙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基-三(2-甲氧 基乙氧基)硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷或它们中的至少两种的混合物。 根据本公开内容的第二十九实施方式,提供了如第七至第二十八实施方式中任一 项所限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述引发剂包含2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基 过氧基)己烷(DHBP)、过氧化苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化二月桂酰、过氧化二叔丁、过氧化 二异丙苯、过氧化异丙苯、过氧化氢、过硫酸钾或它们中的至少两种的混合物。 根据本公开内容的第三十实施方式,提供了如第七至第二十九实施方式中任一项 所限定的制造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述稀释剂包含液体石蜡油、固体石蜡油、矿物 油、蜡、大豆油、邻苯二甲酸酯、芳族醚、C10~C20脂肪酸、C10~C20脂肪酸醇、脂肪酸酯或它 们中的至少两种的混合物。 根据本公开内容的第三十一实施方式,提供了如第二十三实施方式中所限定的制 造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述先引入的组合物中含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷(a) 对引发剂(b)的重量比(a/b)为300~600。 根据本公开内容的第三十二实施方式,提供了如第二十三实施方式中所限定的制 造交联聚烯烃隔膜的方法,其中所述后引入的组合物中含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷(c) 对引发剂(d)的重量比(c/d)为57.1~66.7。 有益效果 根据本公开内容的一个实施方式的制造交联聚烯烃隔膜的方法能够通过硅烷水 性交联工序提供具有高熔断温度的交联聚烯烃隔膜。 在根据本公开内容的一个实施方式的制造交联聚烯烃隔膜的方法中,先引入具有 较高沸点的第一含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷,并且后引入具有较低沸点的第二含碳-碳 双键基团的烷氧基硅烷。这样,可以改善耐热性和加工性,并提供防止口模流涎的交联聚烯 烃隔膜。 在根据本公开内容的一个实施方式的制造交联聚烯烃隔膜的方法中,控制基于引 发剂总含量的含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷的总含量,使得硅烷接枝可以形成至适当的 10 CN 111615422 A 说 明 书 6/24 页 Si接枝比。由此,如从隔膜的透光率的增加可以看出的,可以为隔膜提供改善的安全性和加 工性。另外,可以抑制由过量使用含碳-碳双键基团的烷氧基硅烷引起的口模流涎现象。 在根据本公开内容的一个实施方式的制造交联聚烯烃隔膜的方法中,控制含碳- 碳双键基团的烷氧基硅烷对引发剂的重量比及其引入时间点,使得可以以适当的Si接枝比 形成硅烷接枝。这样,如从隔膜的透光率的增加可以看出的,可以提供确保安全性的交联聚 烯烃隔膜,并改善加工性。还可以抑制由引发剂引起的直接聚烯烃交联所导致的副反应。
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