一種孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，屬于鋰離子電池隔膜【技術(shù)領(lǐng)域】。其解決了目前鋰離子電池隔膜孔徑不均勻?qū)е露搪坊蛘唠姵貎?nèi)阻增大的問題。本發(fā)明首先將聚乙烯與白油混合物喂入雙螺桿擠出機(jī)，經(jīng)擠出、過濾、鑄片冷卻成型得到鑄片；然后將鑄片進(jìn)行雙向同步拉伸、萃取干燥、橫拉擴(kuò)幅、熱定型在線收卷，得到鋰離子電池隔膜。該工藝制備得到的鋰離子電池隔膜孔徑大小均勻且正反兩面形態(tài)一致，利于鋰離子的均勻通過，避免局部放電過大可能導(dǎo)致的鋰枝晶的生成。
【專利說明】一種孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子電池隔膜【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種新型孔徑和形貌均勻的鋰離 子電池隔膜的生產(chǎn)工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池作為高能量電源，其應(yīng)用范圍不斷拓展，已廣泛被應(yīng)用于便攜式電子 裝置、電動工具、電動汽車、儲能電站等領(lǐng)域，隔膜是電池重要的原材料之一，其安全性問題 一直備受關(guān)注。隔膜作為鋰離子電池中重要的一部分，其作用是將正極與負(fù)極材料隔開，容 許離子通過，阻止電子通過，鋰電池隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響 電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要 的作用。隔膜的主要作用是使電池的正、負(fù)極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有 能使電解質(zhì)離子通過的功能。
[0003] 鋰離子電池對于隔膜的孔徑有著嚴(yán)格的要求，隔膜孔徑過大容易短路，孔徑太小 則會導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大，因此在隔膜制備過程中就需要對隔膜的孔徑范圍進(jìn)行嚴(yán)格的控 制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其通過控制熱 致相分離的條件來制備鋰離子電池隔膜，該工藝制備得到的鋰離子電池隔膜孔徑大小均勻 且正反面形態(tài)一致，利于鋰離子均勻通過。
[0005] 本發(fā)明技術(shù)方案包括：
[0006] 一種孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：
[0007] a、配料混合，稱取聚乙烯粉末和白油并將其混合均勻，得到混合物A，其中，聚乙烯 粉末與白油的重量比為1:2?5. 5 ;
[0008] b、擠出、過濾計(jì)量，所述的混合物A經(jīng)過擠出機(jī)擠出得到高溫熔體，所述高溫熔體 經(jīng)準(zhǔn)確計(jì)量后送入模頭中；
[0009] c、鑄片冷卻成型，步驟b送入模頭中的高溫熔體從模頭狹縫口流出，并將其正反 兩面經(jīng)過冷輥和冷卻槽中同步冷卻，得到鑄片；
[0010] d、雙向同步拉伸，將步驟C所得的鑄片送入雙向同步拉伸機(jī)得到縱拉比為5倍、橫 拉比為5倍的薄膜，拉伸前的預(yù)熱溫度為110°C，拉伸溫度125°C ;
[0011] e、萃取、干燥，將步驟d拉伸后的薄膜放入萃取槽中進(jìn)行超聲波萃取，將其中的白 油萃取出來，然后將萃取后的薄膜進(jìn)行干燥，得干燥后的薄膜，萃取劑選用二氯甲烷；
[0012] f、橫拉擴(kuò)幅，步驟e干燥后的薄膜經(jīng)過橫拉機(jī)擴(kuò)幅后得到隔膜；
[0013] g、熱定型、在線收卷，步驟f擴(kuò)幅后的隔膜經(jīng)熱定型、去除應(yīng)力后經(jīng)在線收卷機(jī)卷 繞，得到鋰離子電池隔膜。
[0014] 作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，步驟c中，從模頭狹縫口流出的高溫熔體首先貼覆 在第一個(gè)激冷輥運(yùn)行一段距離，使其冷卻至150°C，然后隨激冷輥浸入冷卻槽中，實(shí)現(xiàn)正反 兩面同步降溫至85°C，再牽引至下一個(gè)激冷輥；上述的兩個(gè)激冷輥上均配有刮油裝置。
[0015] 作為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方案，上述冷卻槽內(nèi)的冷卻介質(zhì)為白油。
[0016] 步驟e中，萃取劑進(jìn)液量為3m3/h，超聲波功率為5Kw，在溫度為20°C時(shí)將其中的白 油萃取干凈。
[0017] 步驟g中，熱定型溫度為125°C。
[0018] 所述步驟b中，混合物A通過直徑為96mm，長徑比為52,溫度為210°C的雙螺桿擠 出機(jī)得到高溫熔體。
[0019] 步驟g中，所述橫拉機(jī)采用熱風(fēng)循環(huán)進(jìn)行加熱，加熱溫度為100?130°c。
[0020] 步驟e中，干燥溫度為30°C。
[0021] 本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果：
[0022] 本發(fā)明提出了一種孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其以聚乙烯作 為原料樹脂，白油作為溶劑，二氯甲烷作為萃取劑，依次經(jīng)過配料混合、擠出、過濾計(jì)量、模 頭擠出、鑄片冷卻成型、雙向同步拉伸、萃取干燥等步驟，制備得到孔徑大小均勻的電池隔 膜，在鑄片冷卻成型工藝中，在冷卻過程中同時(shí)一面貼冷輥，而另一面浸入與冷輥溫度一致 的冷卻槽內(nèi)淬冷，避免了傳統(tǒng)制備工藝中鑄片一直貼輥冷卻造成的正反面冷卻不勻，實(shí)現(xiàn) 隔膜正反面孔徑均一保證鑄片正反面冷卻速率一致，可使隔膜正反兩面的孔徑及形貌均勻 一致，最終得到微觀形態(tài)均勻一致的隔膜產(chǎn)品。
[0023] 隔膜孔徑大小的主要影響因素是鑄片成型的熱致相分離條件，在相分離的過程中 鑄片里外層的冷卻速度將直接影響孔徑的大小及均勻性，本發(fā)明制備得到的隔膜孔徑大小 均勻且正反兩面形態(tài)一致，利于鋰離子的均勻通過，避免局部放電過大可能導(dǎo)致的鋰枝晶 的生成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步清楚、完整的說明：
[0025] 圖1為本發(fā)明鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)部分工藝流程圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的鋰電池隔膜正面（X 10000)形貌圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的鋰電池隔膜反面（X 10000)形貌圖；
[0028] 圖1中，1、模頭，2、激冷輥，3、冷卻槽，4、鑄片。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 本發(fā)明提出了一種孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，為了使本發(fā)明 的優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)方案更加突出，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步清楚、完整的說明。
[0030] 本發(fā)明所選原料均可通過商業(yè)渠道購買得到，下面對本發(fā)明部分所選原料的性質(zhì) 做如下說明：
[0031] 聚乙烯：是乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂，在工業(yè)上，也包括乙烯與少量 α -烯烴的共聚物，聚乙烯無臭、無毒、手感似錯，具有優(yōu)良的耐低溫性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐 大多數(shù)酸堿的侵蝕，常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性能優(yōu)；本發(fā)明聚乙烯包括 分子量為100?150萬的超商分子量聚乙烯與分子量低于100萬的商密度聚乙烯。
[0032] 本發(fā)明，一種孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，具體包括以下步 驟：
[0033] 步驟1、配料混合，稱取聚乙烯粉末和白油并將其混合均勻，得到混合物A，其中， 聚乙烯粉末與白油的重量比為1:2?5. 5 ;
[0034] 步驟2、擠出、過濾計(jì)量，混合物A經(jīng)過擠出機(jī)擠出得到高溫熔體，高溫熔體經(jīng)準(zhǔn)確 計(jì)量后送入模頭中；
[0035] 步驟3、鑄片冷卻成型，步驟2送入模頭中的高溫熔體從模頭狹縫口流出，其首先 貼覆在第一個(gè)激冷輥運(yùn)行一段距離，使其冷卻至150°C，然后隨激冷輥浸入冷卻槽中，實(shí)現(xiàn) 正反兩面同步降溫至85°C，再牽引至下一個(gè)激冷輥；上述的兩個(gè)激冷輥上均配有刮油裝置 并將其正反兩面經(jīng)過冷輥和冷卻槽中同步冷卻，得到鑄片；
[0036] 步驟4、雙向同步拉伸，將步驟3所得的鑄片送入雙向同步拉伸機(jī)得到縱拉比為5 倍、橫拉比為5倍的薄膜，拉伸前的預(yù)熱溫度為110°C，拉伸溫度125°C ;
[0037] 步驟5、萃取、干燥，將步驟4拉伸后的薄膜放入萃取槽中進(jìn)行超聲波萃取，將其中 的白油萃取出來，然后將萃取后的薄膜進(jìn)行干燥，干燥溫度為30°C，得干燥后的薄膜，萃取 劑選用二氯甲烷；
[0038] 步驟6、橫拉擴(kuò)幅，步驟5干燥后的薄膜經(jīng)過橫拉機(jī)擴(kuò)幅后得到隔膜；
[0039] 步驟7、熱定型、在線收卷，步驟6擴(kuò)幅后的隔膜經(jīng)熱定型、去除應(yīng)力后經(jīng)在線收卷 機(jī)卷繞，橫拉機(jī)采用熱風(fēng)循環(huán)進(jìn)行加熱，加熱溫度為1〇〇?130°C，得到鋰離子電池隔膜。
[0040] 實(shí)施例1
[0041] 結(jié)合圖1所示，一種孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，具體包括以 下步驟：
[0042] 首先稱取100kg的UHMWPE (聚氯乙烯）粉和525kg的白油，攪拌均勻后投入直徑為 96mm，長徑比為52,溫度為210°C的雙螺桿擠出機(jī)制備均勻高溫熔體；高溫熔體分別經(jīng)500 目過濾器過濾，熔體泵計(jì)量后進(jìn)入擠出模頭中擠出；
[0043] 從模頭狹縫口流出的高溫熔體先貼第一個(gè)激冷輥運(yùn)行一段距離，使其冷卻至 150°C，然后隨激冷輥浸入冷卻槽實(shí)現(xiàn)正反面同步迅速降溫至85°C，再牽引至下一個(gè)冷輥， 激冷輥和冷卻槽溫度均為30°C，冷卻槽內(nèi)的冷卻介質(zhì)為白油，通過換熱器與模溫機(jī)實(shí)現(xiàn)槽 內(nèi)白油溫度準(zhǔn)確控制，槽內(nèi)白油的溫度在10?60°C可調(diào)，兩個(gè)激冷輥均配備刮油裝置；
[0044] 冷卻成型鑄片進(jìn)入雙向同步拉伸機(jī)得到縱拉比為5倍，橫拉比為5倍薄膜，預(yù)熱溫 度為ll〇°C，拉伸溫度125°C，冷卻定型溫度為30°C ;
[0045] 雙向拉伸隔膜進(jìn)入二氯甲烷萃取槽中，萃取劑進(jìn)液量為3m3/h，超聲波功率為5Kw， 在20°C的條件下將其中的白油萃取干凈；
[0046] 萃取后的隔膜進(jìn)入干燥箱中將表面和內(nèi)部的二氯甲烷揮發(fā)去除，干燥箱溫度為 30 °C ；
[0047] 拉伸后的無油薄膜進(jìn)入高溫?zé)岫ㄐ脱b置后去除隔膜內(nèi)部的熱應(yīng)力，熱定型溫度為 125°C，去除應(yīng)力后經(jīng)在線收卷機(jī)卷繞得到孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜。
[0048] 本實(shí)施例制備得到的鋰離子電池隔膜其外貌形狀如圖2、圖3所示，圖2為鋰電池 隔膜正面（X 10000)形貌圖，圖3為鋰電池隔膜反面（X 10000)形貌圖，從圖2、圖3可以看 出，鋰離子電池隔膜正反兩面孔徑均勻。
[0049] 實(shí)施例2
[0050] 與實(shí)施例1不同之處在于：稱取100kg的UHMWPE (聚氯乙烯）粉和550kg的白油， 攪拌均勻后投入直徑為96mm，長徑比為52,溫度為210°C的雙螺桿擠出機(jī)制備均勻高溫熔 體；高溫熔體分別經(jīng)500目過濾器過濾，熔體泵計(jì)量后進(jìn)入擠出模頭中擠出。
[0051] 實(shí)施例3
[0052] 與實(shí)施例1不同之處在于：稱取100kg的UHMWPE (聚氯乙烯）粉和200kg的白油， 攪拌均勻后投入直徑為96mm，長徑比為52,溫度為210°C的雙螺桿擠出機(jī)制備均勻高溫熔 體；高溫熔體分別經(jīng)500目過濾器過濾，熔體泵計(jì)量后進(jìn)入擠出模頭中擠出。
【權(quán)利要求】
1. 一種孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其特征在于，包括以下步驟： a、 配料混合，稱取聚乙烯粉末和白油并將其混合均勻，得到混合物A，其中，聚乙烯粉末 與白油的重量比為1:2?5. 5 ; b、 擠出、過濾計(jì)量，所述的混合物A經(jīng)過擠出機(jī)擠出得到高溫熔體，所述高溫熔體經(jīng)準(zhǔn) 確計(jì)量后送入模頭中； c、 鑄片冷卻成型，步驟b送入模頭中的高溫熔體從模頭狹縫口流出，并將其正反兩面 經(jīng)過冷輥和冷卻槽中同步冷卻，得到鑄片； d、 雙向同步拉伸，將步驟c所得的鑄片送入雙向同步拉伸機(jī)得到縱拉比為5倍、橫拉比 為5倍的薄膜，拉伸前的預(yù)熱溫度為110°C，拉伸溫度125°C ; e、 萃取、干燥，將步驟d拉伸后的薄膜放入萃取槽中進(jìn)行超聲波萃取，將其中的白油萃 取出來，然后將萃取后的薄膜進(jìn)行干燥，得干燥后的薄膜，萃取劑選用二氯甲烷； f、 橫拉擴(kuò)幅，步驟e干燥后的薄膜經(jīng)過橫拉機(jī)擴(kuò)幅后得到隔膜； g、 熱定型、在線收卷，步驟f擴(kuò)幅后的隔膜經(jīng)熱定型、去除應(yīng)力后經(jīng)在線收卷機(jī)卷繞， 得到鋰離子電池隔膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其特征在 于：步驟c中，從模頭狹縫口流出的高溫熔體首先貼覆在第一個(gè)激冷輥運(yùn)行一段距離，使其 冷卻至150°C，然后隨激冷輥浸入冷卻槽中，實(shí)現(xiàn)正反兩面同步降溫至85°C，再牽引至下一 個(gè)激冷輥；所述的兩個(gè)激冷輥上均配有刮油裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其特征在 于：所述冷卻槽內(nèi)的冷卻介質(zhì)為白油。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其特征在 于：步驟e中，萃取劑進(jìn)液量為3m3/h，超聲波功率為5Kw，在溫度為20°C時(shí)將其中的白油萃 取干凈。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其特征在 于：步驟g中，熱定型溫度為125°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其特征在 于：步驟b中，混合物A通過直徑為96mm，長徑比為52,溫度為210°C的雙螺桿擠出機(jī)得到 高溫熔體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其特征在 于：步驟g中，所述橫拉機(jī)采用熱風(fēng)循環(huán)進(jìn)行加熱，加熱溫度為100?130°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的孔徑和形貌均勻的鋰離子電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其特征在 于：步驟e中，干燥溫度為30°C。
【文檔編號】H01M2/14GK104064706SQ201410259092
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】王治凱, 任富忠, 梁鵬, 郅立鵬, 陳繼朝 申請人:青島中科華聯(lián)新材料有限公司