无成核剂beta聚丙烯薄膜的可控制备及其锂离子电池隔膜应用研究

从聚丙烯纤维的织物和无纺布出发，对其本身和单一聚合物复合体系进行熔融重结晶，利用X-ray衍射及红外光谱跟踪iPP纤维在不同热处理条件下的分子链松弛行为。结合光学、透射与扫描电子显微镜观察不同条件下诱导产生的不同形态结构，建立其分子链的预有序状态对其凝聚过程及终态结构的影响规律。在理论上全面认识聚丙烯的beta结晶，揭示聚丙烯beta结晶的分子机制，争取在聚丙烯beta结晶的控制方面有突破性进展。在应用方面，制备高性能聚丙烯单一材料复合体系，建立结构/性能关系，开发聚丙烯高附加值利用；同时，通过调控制备条件，获得高含量、分布均匀的聚丙烯beta厚片，通过对所得beta厚片的双向拉伸实验，研究其拉伸行为及成孔性能，探索双向拉伸膜作为锂离子电池微孔隔膜的使用性能，最终确立高孔隙率双向拉伸聚丙烯薄膜的制备工艺，建立高质量、拥有自主知识产权的锂离子电池微孔隔膜的制备新技术。

本项目围绕无成核剂beta聚丙烯及其锂离子电池用微孔隔离膜的可控制备开展了深入系统的基础和应用基础研究。在基础研究方面，利用高取向alpha聚丙烯纤维，将其不同程度熔融后重结晶，通过跟踪重结晶样品的结晶结构，深入研究了取向诱导的聚丙烯beta结晶机理。结果表明：（1）熔融温度和时间控制了熔融纤维中聚丙烯分子链的取向程度，从而决定了聚丙烯结晶行为。对聚丙烯纤维在不同温度熔融不同时间后分子链的取向程度定量检测和重结晶后晶体结构的表征发现，存在一个有利于聚丙烯beta结晶的分子链取向区间，取向程度高于或低于此区间时诱导聚丙烯的alpha结晶。并证明聚丙烯的beta结晶与熔融纤维中3/1螺旋链序列长度有关，有序列长度超过14个结构单元的3/1螺旋链段时，聚丙烯能够产生beta结晶，否则产生alpha结晶。（2）分子量对聚丙烯beta结晶影响规律表明，聚丙烯基体分子量是聚丙烯基体/纤维复合物中的聚丙烯beta结晶的一个重要因素，是基体和纤维聚丙烯熔体的相互扩散结果。（3）结晶温度对聚丙烯beta结晶影响规律的研究表明，结晶动力学因素只是聚丙烯beta结晶的必要条件，但不是充分条件。（4）聚丙烯单纤维的熔融重结晶实验表明，通过熔融重结晶可以实现聚丙烯由alpha纤维向beta晶体的转变，说明聚丙烯beta结晶并非取向alpha核诱导的alpha-beta转变所致。在应用基础研究方面，根据聚丙烯beta结晶对各种条件的依赖性，确立了beta聚丙烯薄片的最佳制备条件，获得了高质量beta聚丙烯薄片，并进行了拉伸成孔实验。对所获微孔膜的锂离子电池装机与性能测试表明，所得微孔膜作为锂电池隔膜的电解液浸润性、离子导通性、化学稳定性、电池容量、循环性能以及安全性能均与美国Celgard公司的聚乙烯微孔膜相当，明显优于国产聚丙烯微孔膜。.综上所述，通过项目的实施，对聚丙烯的beta结晶机理提出了新解释，为高含量、取向beta聚丙烯优质薄片的制备建立了新方法，为锂离子电池用聚丙烯微孔隔离膜的制备开辟了新途径。.项目执行期间，发表标注基金资助的学术论文21篇，其中分别为《Macromolecules》，《Macromol. Chem. Phys.》和《Polymer》等撰写Perspective，Trend和Feature articles各1篇。参加国内外会议并作邀请报告30余次。