共挤流延、同步热处理及单向拉伸技术制备PP/PE/PP复合微孔隔膜的基础研究

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具有低闭孔温度和高热收缩变形温度的 PP/PE/PP复合微孔膜可以提升锂离子电池的使用安全性。开发共挤流延、同步热处理和单向拉伸制备 PP/PE/PP复合微孔膜技术对于提高生产效率、降低成本具有重要意义。本论文通过加入共混改性剂调节PP树脂的冷却结晶行为,研究共混改性剂组成、用量对PP流延基膜取向片晶结构和硬弹性能的影响,同时考察流延工艺条件对流延基膜取向片晶结构和硬弹性能的影响。期望通过研究能够将制备硬弹性PP流延基膜的流延温度和热处理温度降低到与制备硬弹性聚乙烯流延基膜的条件相一致,从而解决共挤流延、同步热处理及单向拉伸制备 PP/PE/PP复合微孔膜的关键问题,为开发PP/PE/PP复合微孔膜制备新工艺奠定基础。  研究发现,将少量无规立构PP与PP共混有利于高牵伸比下分子链取向结晶,从而提高晶区和非晶区的取向程度,获得较为完善的取向片晶结构,热处理后流延基膜取向片晶结构的改善效果也更加明显。含2%无规立构 PP的流延基膜在120℃热处理后其取向片晶结构参数及弹性回复率与未改性 PP流延基膜在145℃热处理后的相关参数相当。将少量无规共聚PP与PP共混后流延基膜的结晶度和晶片厚度变化不大,但是晶区和非晶区取向程度有明显提高。提高无规共聚PP中乙烯含量及分子量时,流延基膜中晶区取向效果更加明显。  在无规立构PP与PP共混改性树脂的流延制膜过程中,熔体牵伸比对流延基膜的取向片晶结构具有重要影响,随牵伸比增加,晶区和非晶区取向程度明显增加;与改变熔体牵伸比相比,流延辊温度对流延基膜片晶厚度的影响较为明显,流延辊温度越高,片晶厚度越大,结晶度越高。在对共混改性流延基膜的拉伸成孔过程中,冷拉倍率比冷拉速率和热拉温度对微孔膜孔结构和性能的影响更大,在优化拉伸条件下制得的微孔膜孔隙率达40%以上,Gurley值为304s。  将制备的 PP/PE/PP微孔膜应用于锂离子电池,电池的充放电状态及容量与使用现有工业隔膜产品的电池相当,且在温度达到130℃时复合微孔膜开始闭孔,电池断路;当温度达到170℃时复合微孔膜破裂,电池出现短路;PP/PE/PP微孔膜作为隔膜制备的电池显示出较好的安全保护性能。
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