聚丙烯膜及其制备方法、复合集流体、电极极片和应用与流程

本申请涉及电池，特别是涉及一种聚丙烯膜及其制备方法、复合集流体、电极极片和应用。

背景技术：

1、目前，基于聚丙烯膜的复合集流体得到新能源行业的广泛关注和应用。相比传统的集流体，基于聚丙烯膜的复合集流体具备成本低、质量轻、内部绝缘性好等特点。这些特点使得复合集流体在电池中应用时能够降低电池的成本、并提升电池的能量密度及安全性。

2、然而，以传统聚丙烯膜为基膜制备复合集流体过程中，由于聚丙烯膜自身材料极性较弱，导致其表面张力较低，低表面张力的聚丙烯膜与高表面张力的金属层之间的亲合力较差，从而引发二者界面之间的附着力较低，结合不牢固。

3、针对传统聚丙烯膜与表面金属层结合不牢固的问题，可以采用聚丙烯膜表面电晕的方法提升聚丙烯膜与表面金属层的粘结力，但是电晕处理后的聚丙烯膜表面张力不稳定，存放一段时间后，表面张力会降低，最后与处理前的聚丙烯膜表面张力接近，引起聚丙烯膜粘附性能变差，即存在聚丙烯膜的表面粘附性能存储不稳定的问题，限制了聚丙烯膜在复合集流体中的应用。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种聚丙烯膜及其制备方法、复合集流体、电极极片和应用。与传统的电晕处理后的聚丙烯膜相比，本申请的制备方法制得的聚丙烯膜的表面粘附性能的存储稳定性较高，实现了以该聚丙烯膜为基膜的复合集流体的稳定制备。

2、本申请的第一方面，提供一种聚丙烯膜的制备方法，包括如下步骤：

3、对原料依次进行熔融挤出处理、铸片处理、双向拉伸处理和热处理，得到聚丙烯膜中间体；以质量百分比计，所述原料包括99%-99.95%聚丙烯和0.05%-1%添加剂，所述添加剂包括聚丙烯酸-金属离子络合物中的一种或多种；

4、对所述聚丙烯膜中间体进行电晕处理，得到所述聚丙烯膜。

5、在一些实施方式中，所述添加剂还包括聚合物盐，所述聚丙烯酸-金属离子络合物和所述聚合物盐的质量比为(0.1-5):1。

6、在一些实施方式中，所述聚丙烯膜的结晶度y、所述聚丙烯酸-金属离子络合物和所述聚合物盐的质量比x满足如下条件：0.82x3-10.4x2+32x+36.9≤y≤80%。

7、在一些实施方式中，所述聚丙烯酸-金属离子络合物包括聚丙烯酸-镍离子络合物、聚丙烯酸-钴离子络合物、聚丙烯酸-锌离子络合物、聚丙烯酸-铁离子络合物和聚丙烯酸-铜离子络合物中的一种或多种。

8、在一些实施方式中，所述聚合物盐包括聚丙烯酸盐和聚(乙烯-co-丙烯酸)锌盐中的一种或多种。可选地，所述聚丙烯酸盐包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾和聚丙烯酸铵中的一种或多种。

9、在一些实施方式中，所述聚合物盐包括聚丙烯酸盐和聚(乙烯-co-丙烯酸)锌盐中的一种或多种，所述聚丙烯酸盐包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾和聚丙烯酸铵中的一种或多种。

10、在一些实施方式中，所述聚丙烯膜的结晶度≥40%。

11、在一些实施方式中，所述聚丙烯膜的结晶度为40%-80%。

12、在一些实施方式中，所述聚丙烯在230℃、2.16kg载荷下的熔融指数为3g/10min~3.9g/10min。

13、在一些实施方式中，所述聚丙烯的等规度≥95%。

14、在一些实施方式中，所述双向拉伸处理包括依次进行的纵向拉伸处理和横向拉伸处理。

15、在一些实施方式中，所述纵向拉伸处理的工艺条件包括：拉伸温度为140℃-150℃，纵向拉伸比为7:1-11:1。

16、在一些实施方式中，所述横向拉伸处理的工艺条件包括：拉伸温度为150℃-160℃，拉伸比为3:1-5:1。

17、在一些实施方式中，所述热处理的工艺条件包括：热处理温度为110℃-125℃，热处理时间≥5s。

18、在一些实施方式中，所述电晕处理的工艺条件包括：电晕功率为50kw-100kw，线速度为50m/min-300m/min。

19、在一些实施方式中，在对所述聚丙烯膜中间体进行电晕处理之前还包括：对所述聚丙烯膜中间体进行预热处理的步骤。可选地，所述预热处理的工艺条件包括：预热温度为25℃-55℃。

20、在一些实施方式中，在对所述聚丙烯膜中间体进行电晕处理之前还包括：对所述聚丙烯膜中间体进行预热处理的步骤，且所述预热处理的工艺条件包括：预热温度为25℃-55℃。

21、在一些实施方式中，所述聚丙烯膜的厚度为1μm-20μm。

22、本申请的第二方面，提供一种聚丙烯膜，以质量百分比计，所述聚丙烯膜的原料包括99%-99.95%聚丙烯和0.05%-1%添加剂，所述添加剂包括聚丙烯酸-金属离子络合物中的一种或多种。

23、在一些实施方式中，所述添加剂还包括聚合物盐，所述聚丙烯酸-金属离子络合物和所述聚合物盐的质量比为(0.1-5):1。

24、在一些实施方式中，所述聚丙烯膜的结晶度y、所述聚丙烯酸-金属离子络合物和所述聚合物盐的质量比x满足如下条件：0.82x3-10.4x2+32x+36.9≤y≤80%。

25、本申请的第三方面，提供一种复合集流体，包括聚丙烯膜和金属层，所述金属层设置在所述聚丙烯膜的至少一个表面上，所述聚丙烯膜采用本申请第一方面所述的制备方法制得的聚丙烯膜以及本申请第二方面所述的聚丙烯膜中的至少一种。

26、在一些实施方式中，复合集流体还包括保护层，所述保护层设置在所述金属层远离所述聚丙烯膜的一侧。

27、在一些实施方式中，所述保护层的厚度h1与所述金属层的厚度h2满足如下条件：h1/h2≤10%。

28、在一些实施方式中，所述保护层的厚度为10nm-150nm。

29、在一些实施方式中，所述保护层的材料包括镍、铬、镍基合金、铜基合金、氧化铜、氧化铝、氧化镍、氧化铬、氧化钴、铜铬氧化物、石墨、炭黑、碳纳米量子点、碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯中的一种或多种。

30、在一些实施方式中，所述金属层的厚度为500nm-2000nm。

31、在一些实施方式中，所述金属层的材料包括铜、铜合金、铝、铝合金、镍、镍合金、钛和银中的一种或多种。

32、本申请的第四方面，提供一种电极极片，包括本申请第三方面所述的复合集流体。

33、本申请的第五方面，提供一种电池，包括本申请第四方面所述的电极极片。

34、本申请的第六方面，提供一种用电装置，包括本申请第五方面所述的电池。

35、与传统技术相比，上述聚丙烯膜及其制备方法、复合集流体、电极极片和应用至少具有如下优点：

36、上述聚丙烯膜中，通过控制原料中包含聚丙烯酸-金属离子络合物的添加剂的含量在合理范围内，可以促进聚丙烯结晶，使得聚丙烯膜的结晶度在一定范围内，从而提升聚丙烯膜的表面粘附性能的存储稳定性，实现以该聚丙烯膜为基膜的复合集流体的稳定制备。

技术特征：

1.一种聚丙烯膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂还包括聚合物盐，所述聚丙烯酸-金属离子络合物和所述聚合物盐的质量比为(0.1-5):1。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯膜的结晶度y、所述聚丙烯酸-金属离子络合物和所述聚合物盐的质量比x满足如下条件：0.82x3-10.4x2+32x+36.9≤y≤80%。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯酸-金属离子络合物包括聚丙烯酸-镍离子络合物、聚丙烯酸-钴离子络合物、聚丙烯酸-锌离子络合物、聚丙烯酸-铁离子络合物和聚丙烯酸-铜离子络合物中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物盐包括聚丙烯酸盐和聚(乙烯-co-丙烯酸)锌盐中的一种或多种，所述聚丙烯酸盐包括聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾和聚丙烯酸铵中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯膜的结晶度≥40%。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯膜的结晶度为40%-80%。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯具备如下特征中的一个或多个：

9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述双向拉伸处理包括依次进行的纵向拉伸处理和横向拉伸处理；

10.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的工艺条件包括：热处理温度为110℃-125℃，热处理时间≥5s。

11.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述电晕处理的工艺条件包括：电晕功率为50kw-100kw，线速度为50m/min-300m/min；和/或，

12.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯膜的厚度为1μm-20μm。

13.一种聚丙烯膜，其特征在于，以质量百分比计，所述聚丙烯膜的原料包括99%-99.95%聚丙烯和0.05%-1%添加剂，所述添加剂包括聚丙烯酸-金属离子络合物。

14.根据权利要求13所述的聚丙烯膜，其特征在于，所述添加剂还包括聚合物盐，所述聚丙烯酸-金属离子络合物和所述聚合物盐的质量比为(0.1-5):1。

15.根据权利要求14所述的聚丙烯膜，其特征在于，所述聚丙烯膜的结晶度y、所述聚丙烯酸-金属离子络合物和所述聚合物盐的质量比x满足如下条件：0.82x3-10.4x2+32x+36.9≤y≤80%。

16.一种复合集流体，其特征在于，包括聚丙烯膜和金属层，所述金属层设置在所述聚丙烯膜的至少一个表面上，所述聚丙烯膜采用权利要求1-12任一项所述的制备方法制得的聚丙烯膜以及权利要求13-15任一项所述的聚丙烯膜中的至少一种。

17.根据权利要求16所述的复合集流体，其特征在于，还包括保护层，所述保护层设置在所述金属层远离所述聚丙烯膜的一侧。

18.根据权利要求17所述的复合集流体，其特征在于，所述保护层具备如下特征中的一个或多个：

19.根据权利要求16-18任一项所述的复合集流体，其特征在于，所述金属层具备如下条件中的一个或多个：

20.一种电极极片，其特征在于，包括权利要求16-19任一项所述的复合集流体。

21.一种电池，其特征在于，包括权利要求20所述的电极极片。

22.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求21所述的电池。

技术总结
本申请涉及一种聚丙烯膜及其制备方法、复合集流体、电极极片和应用，属于电池技术领域。该聚丙烯膜的制备方法包括如下步骤：对原料依次进行熔融挤出处理、铸片处理、双向拉伸处理和热处理，得到聚丙烯膜中间体；以质量百分比计，原料包括99%‑99.95%聚丙烯和0.05%‑1%添加剂，添加剂包括聚丙烯酸‑金属离子络合物；对聚丙烯膜中间体进行电晕处理，得到聚丙烯膜；本申请的制备方法制得的聚丙烯膜，提升了聚丙烯膜的表面粘附性能的存储稳定性，实现了以该聚丙烯膜为基膜的复合集流体的稳定制备。

技术研发人员：朱中亚,王帅,夏建中,李学法,张国平
受保护的技术使用者：扬州纳力新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15