一種鋰電池隔膜專用聚丙烯樹脂的評價方法與流程

2023-05-02 02:03:21

本發明涉及專用樹脂性能評價領域，具體涉及一種用於製備幹法鋰電池隔膜專用聚丙烯樹脂的快速評價方法。

背景技術：

聚丙烯隔膜作為鋰電池隔膜中的高端產品，綜合性能優異，特別在高溫下熔體呈凝膠狀，熔而不塌，對過度充電或者溫度升高時短路、爆炸具有優良的安全保護，是動力用鋰電池隔膜材料之首選。隔膜成本約佔整個鏗電池成本的30％—40％，近年，我國每年隔膜的消耗量約8—10億㎡，隨著新能源動力汽車的推廣，鋰電池隔膜的使用將成倍增長。但是，目前聚丙烯鋰電池隔膜專用樹脂的性能指標與成膜工藝及隔膜性能之間還沒有建立系統的對應關係，鋰電池隔膜廠家往往通過在線試驗與生產經驗來評價聚丙烯樹脂的成膜性。

中國專利CN201511003364.6提供了一種在線實時檢測電池隔膜熱收縮率的方法，採用紅外線加熱裝置和應力測試裝置，實時測試電池隔膜熱收縮率的關係，它只能調整成膜的質量，不能建立成膜質量與原料性能的對應關係來提高成膜率。

常州工學院朱錫芳、徐安成公布了鋰電池薄膜一致性檢測關鍵技術及機理研究(公開號CN103148790A的中國發明專利申請，公開日2013.06.12)，他提出通過在線測控鋰電池薄膜厚度和表面質量來控制鋰電池薄膜的質量，也不能解決通過控制原料性能的手段來提高成膜質量的問題。

綜上所述，為了提高聚丙烯鋰電池隔膜的成膜率需要建立成膜質量與原料性能的對應關係，通過調整原料生產工藝來提高成膜率，而目前並未見可有效解決這些技術問題相關工藝的報導。

技術實現要素：
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本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種方法簡單、效果好的用於製備幹法單向鋰電池隔膜專用聚丙烯樹脂的評價方法。

為了達到上述目的，本發明提供了一種鋰電池隔膜專用聚丙烯樹脂的評價方法，該方法包括如下步驟：

對聚丙烯樹脂的表觀物性進行分析，得到聚丙烯樹脂的表觀參數；

將聚丙烯樹脂製備成聚丙烯硬彈性體膜；

對聚丙烯硬彈性體膜進行彈性回復率檢測分析；

建立硬彈性膜回復性能數據與聚丙烯樹脂表觀參數的對應關係，並根據該對應關係其原料能否用來成產鋰電池隔膜。

本發明所述的聚丙烯樹脂是一種均聚聚丙烯樹脂或兩種及以上不同性能聚丙烯樹脂任意比例的混合物。

聚丙烯樹脂表觀物性包括：熔融指數、分子量及分布，熔點、氧化誘導期、等規度、灰分、結晶度等。

本發明針對聚丙烯樹脂硬彈性體膜製備提出了具體方案和操作條件。將聚丙烯樹脂加入雙螺杆擠出機，物料通過T型膜頭內部流道流延後，經過冷卻、纏繞形成硬彈性體膜；將硬彈性膜裁成長80-100mm，寬40-50mm的矩形試樣，放入烤箱，溫度控制在140-150℃，無應力條件下退火30分鐘；將退火後的矩形試樣放在帶有加熱和冷卻功能的萬能材料拉伸機上，分別在25℃和130℃進行冷拉伸和熱拉伸，拉伸後的膜在130℃下熱定型10-20min。將拉伸好的矩形試樣進行噴金處理，準備檢測。

根據本發明的具體實施方案，雙螺杆擠出機溫度為170-220℃；流延輥溫度為60-150℃。拉伸速率為5-50m/min；

與現有技術相比，本發明的有益效果主要體現在；通過聚丙烯樹脂表觀量的測試，得到熔融指數、分子量及其分布、熔點、氧化誘導期、灰分、彈性回復率等參數與聚丙烯成膜性能之間的對應關係，後續只需測定聚丙烯樹脂的彈性回復性能，即可判斷該聚丙烯樹脂能否用來成產鋰電池隔膜，操作簡單，結果準確。

具體實施方式

下面給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

首先取不同樣品進行原料的物性分析測試，測試熔融指數、分子量及分布、等規度和抗氧化性能等；

然後依次加入道硬彈性體膜流延機中進行硬彈性膜流延加工製做，擠出機螺杆轉速150-200r/min，口模溫度170-195℃，口模距流延輥距離1cm。

將製備的硬彈性膜裁成寬50mm，長100cm的矩形試樣，在145℃，無張力條件下退火30min，然後在配備有高低溫箱的電子萬能材料試驗機分別在25℃和130℃進行冷拉伸和熱拉伸，拉伸後的膜在130℃下熱定型10min。

使用電子萬能試驗機測定硬彈性膜的彈性回復率(ER)，拉伸速率為50mm/min對聚丙烯流延膜彈性回復進行測試，設定薄膜的試樣原長L0，拉伸後長Ll，回復後長L2，彈性回復率計算公式：

ER＝(Ll—L2)/(L1-L0)×100％

拉伸Ll的長度為L0的一倍，拉伸完成後定時60s，回復至薄膜鬆弛(原位)，定時180s拉緊測量彈性回復後長度，用彈性回復率表徵樣品硬彈性的形成程度，樣品的彈性回復率越高，其硬彈性形成程度越高。

具體實施的例子

取8份不同性能特徵的聚丙烯樹脂，編號為1-8，其參數如表一所示。先採用國際或國家標準測試方法GB/T 3682-2000,GB/T 19466.3-2004，GB/T 19466.6-2009，GB/T 9345.1-2008，GB2546.1-2006對聚丙烯樹脂的熔融指數、分子量大小與分布、等規度、熔點、結晶度、灰分等進行物性分析，然後將聚丙烯樹脂通過流延擠出製備硬彈性體膜並對應彈性體膜的彈性回復性能進行快速檢測，並與聚丙烯樹脂的表觀參數及性能測試結果相結合得出幹法單向拉伸聚丙烯樹脂的可用性。

在以上步驟基礎上將製備的硬彈性體膜進行冷熱拉伸，並進行熱處理得到鋰電池隔膜，通過掃描電子顯微鏡觀察孔徑及孔隙率分布進行結論表徵。

表一：不同聚丙烯樹脂的表觀參數及性能分析

從試樣的性能參數分析來看，1、2、3、8號試樣的指數及分子量及分布較合適，而且這幾個試樣的氧化誘導期、熔點、結晶度、彈性回復率數據較好；4號分子量及分布低，5號分子量低且氧化誘導期短，彈性回復率低，無法製備鋰電池隔膜，6號試樣指數偏低，氧化誘導期時間短，加工困難，且膜的熱性能不合格，容易出現缺陷。

將1、2、3、8號試樣通過冷拉熱拉、熱處理之後得到鋰電池隔膜檢測各項性能並通過掃描電子顯微鏡觀察隔膜孔徑及孔隙率，實驗結果表明：1、2、3、8號試樣孔徑及孔隙率分布合理，各項性能參數如表二所示，符合鋰電池隔膜參數要求。

表二 鋰電池隔膜性能參數測試結果

通過上述實施例證明，可以通過聚丙烯樹脂表觀量的測試，得到熔融指數、分子量及其分布、熔點、氧化誘導期、灰分、彈性回復率等參數與聚丙烯成膜性能之間的對應關係，只需測定聚丙烯樹脂的彈性回復性能，即可判斷該聚丙烯樹脂能否用來成產鋰電池隔膜。

以上實施例僅為本發明的示例性實施例，不用於限制本發明，本發明的保護範圍由權利要求書限定。本領域技術人員在本發明的實質和保護範圍內，對本發明做出的各種修改或等同替換也落在本發明的保護範圍內。