CN102555218B - 动力锂离子电池隔膜制备方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种动力锂离子电池隔膜制备方法及系统，其动力锂离子电池隔膜制备系统包括搅拌装置、挤出装置、冷却成型装置、双向拉伸装置、萃取装置、横向拉伸装置、热处理装置。且搅拌装置、挤出装置、冷却成型装置、双向拉伸装置、萃取装置、横向拉伸装置、热处理装置依次连接。采用本发明的制备方法，可以制作出6微米的超薄电池隔膜，且其具有稳定性好、使用寿命长的优点。

Description

动力锂离子电池隔膜制备方法及系统

技术领域

本发明涉及一种制备方法及系统，尤其涉及一种动力锂离子电池隔膜制备方法及系统。

背景技术

可充电锂离子二次电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应的特性，又具有安全、可靠且能快速充放电等优点，因而成为近年来新型电源技术研究的热点。由于锂离子电池是绿色环保型无污染的二次电池，符合当今各国能源环保方面大的发展需求，在各行各业的使用量正在迅速增加。目前二次锂离子电池除广泛用于日常熟知的手机、笔记本电脑以及MP3等数码电子产品外，近年在电动车、电动自行车等一些大功率电池方面也已经开始使用。从2001年起，全球锂离子电池产量以每年40％的速度在迅速递增。

隔膜是锂离子电池的重要组成部分，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能等特性。性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。但是，以往的制备工艺会导致锂离子电池隔膜成孔不均匀且膜厚不均匀，从而影响锂离子电池的质量。

中国专利号为200810042043.0的发明专利公布了一种锂离子电池隔膜的方法。该锂离子电池隔膜的方法步骤如下：

一、将分子量为700万～100万的超高分子聚乙烯、聚降冰片烯交联剂、抗氧剂和矿物油按一定比例配比加入搅拌机内以40～300rpm的速度将原材料充分进行搅拌，其中，矿物油与抗氧剂的质量比为1500～1600∶1，矿物油与超高分子聚乙烯的质量比为4～8∶1，交联剂与矿物油的质量比为1∶30～35；

二、将由步骤一搅拌后的混合物投入双螺杆挤出机以100～250℃加热连续挤出，形成基片；

三、用2～20米/分钟的速度使从双螺杆挤出机挤出的基片通过温度范围为5～40℃的冷却成型机进行冷却成型；

四、通过双向拉伸设备以2～20米/分钟的速度对基片进行横、纵双向同时拉伸，使基片拉伸成隔膜，拉伸成型的隔膜厚度达到30～100μm，隔膜针刺强度为300～600gf；

五、使用98％～99.5％的高浓度烷烃类萃取剂，将宽度为1500～2500毫米的隔膜通过萃取槽萃取出隔膜中的矿物油；

六、在100～160℃的温度下对隔膜进行1～3分钟的热处理；

七、卷曲锂电池隔膜进行分切包装。

上述方法解决了传统技术中隔膜厚度不够均匀且成本较高的问题，但是还存在着下述缺陷：

第一、上述方法中步骤一中使用的聚降冰片烯交联剂，增加了制作成本。

第二、上述方法萃取隔膜中的矿物油后，隔膜上残存的萃取剂不能保证充分的挥发，导致隔膜质量下降；同时隔膜存在形状容易出现偏差大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动力锂离子电池隔膜制备方法，以解决现有技术制得的锂离子电池隔膜次品发生率及成本较高的缺陷。

本发明的另一目的在于提供一种动力锂离子电池隔膜制备系统，以解决现有技术制得的锂离子电池隔膜次品发生率及成本较高的缺陷。

为了达到上述目的，本发明提供一种动力锂离子电池隔膜制备方法，包括以下步骤：

一、将分子量为100万以上的超高分子聚乙烯、抗氧剂和矿物油按一定比例配比加入搅拌机内将原材料充分进行搅拌，其中，矿物油与抗氧剂的质量比为500～1800∶1，矿物油与超高分子聚乙烯的质量比为3～9∶1；

二、将由步骤一搅拌后的混合物投入双螺杆挤出机以80～300℃加热连续挤出，形成基片；

三、从双螺杆挤出机挤出的基片经过一组冷却辊组进行冷却成型；

四、通过双向拉伸设备以5～50米/分钟的速度对基片进行横、纵双向同时拉伸，使基片拉伸成隔膜，拉伸成型的隔膜厚度达到10～100μm；

五、使用80％～99.9％的高浓度烷烃类萃取剂，将宽度为1000～3000毫米的隔膜通过萃取槽萃取出隔膜中的矿物油；

六、将萃取后的隔膜通过横向拉伸设备，以8～50米/分钟的速度对隔膜进行定型、拉伸、纠偏，并确保隔膜上的残余萃取液的挥发；

七、在60～150℃的温度下对隔膜进行1～10分钟的热处理。

本发明还提出一种动力锂离子电池隔膜制备系统，包括用以将一定比例的超高分子聚乙烯、抗氧剂和矿物油充分进行搅拌的搅拌装置，其中，矿物油与抗氧剂的质量比为500～1800∶1，矿物油与超高分子聚乙烯的质量比为3～9∶1；用以将经搅拌装置搅拌后的混合物以80～300℃加热连续挤出，形成基片的挤出装置，其与搅拌装置相连；用以使挤出装置挤出的基片以5～50米/分钟的速度通过，并以5～80℃的温度范围对基片进行冷却成型的冷却成型装置，其与挤出装置相连；用以以5～50米/分钟的速度对经冷却成型装置冷却成型的基片进行横、纵双向同时拉伸，使基片拉伸成厚度为10～150μm的隔膜的双向拉伸装置，其与冷却成型装置相连；用以对双向拉伸装置拉伸成型的隔膜进行一次萃取，并萃取出隔膜中矿物油的萃取装置，其与双向拉伸装置相连；用以以8～50米/分钟的速度将萃取装置萃取过的隔膜定型、拉伸、纠偏、萃取液挥发的横向拉伸装置，其与萃取装置相连；用以将横向拉伸装置定型纠偏过的隔膜在60～150℃的温度下对进行1～10分钟热处理的热处理装置，其与横向拉伸装置相连。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1、本发明在原材料实用方面去除了交联剂的使用，提高了技术水平，节省了成本。

2、本发明的动力锂离子电池隔膜制备流程加入了隔膜横向拉伸的工艺，对隔膜进行了拉伸、纠偏和定型的工作，同时使残余的萃取剂得到充分的挥发，且降低了次品率的出现。

3、新的发明在超高分子的选用上选择范围更广。

4、可选用浓度低的萃取剂进行萃取，达到同样的效果。

5、以8～50米/分钟的速度进行拉伸，可以提高工作效率，降低成本。

6、使用横向拉伸设备后，热处理的温度也将会降低，热处理温度由原来的100～160℃降低到60～150℃，节省能耗，降低成本。

7、使用横向拉伸设备后，通过再次拉伸隔膜可以生产出幅宽更宽的隔膜。

附图说明

图1为本发明实施例的一种锂离子电池隔膜制备系统结构图；

图2为横向拉伸装置结构图。

具体实施方式

实施例1，本实施例中一种动力锂离子电池隔膜制备方法的步骤如下：

一、将超高分子聚乙烯、抗氧剂和矿物油按一定比例配比加入搅拌机内将原材料充分进行搅拌，其中，矿物油与抗氧剂的质量比为500～1800∶1，矿物油与超高分子聚乙烯的质量比为3～9∶1。

本实施例中超高分子聚乙烯的分子的分子量为100万以上。

二、将由步骤一搅拌后的混合物投入双螺杆挤出机以80～300℃加热连续挤出，形成基片。

这里双螺杆挤出机的螺杆直径为10～200毫米，其挤出量大于200公斤每小时。

三、从双螺杆挤出机挤出的基片经过一组冷却辊组进行冷却成型；

四、通过双向拉伸设备以5～50米/分钟的速度对基片进行横、纵双向同时拉伸，使基片拉伸成隔膜，拉伸成型的隔膜厚度达到10～150μm。

五、将宽度为1000～3000毫米的隔膜通过萃取槽萃取出隔膜中的矿物油，并一次成孔。

六、将萃取后的隔膜通过横向拉伸设备，以8～50米/分钟的速度对隔膜进行定型、拉伸、纠偏，并确保隔膜上的残余萃取液的挥发。

七、在60～150℃的温度下对隔膜进行1～10分钟的热处理。

此外，在隔膜完成步骤七的热处理之后，还需对成品隔膜进行卷曲、分切和包装的工作。

本发明还提出一种动力锂离子电池隔膜制备系统，如图1所示，其为本发明实施例的一种动力锂离子电池隔膜制备系统结构图。此动力锂离子电池隔膜制备系统包括搅拌装置103、挤出装置105、冷却成型装置107、双向拉伸装置109、萃取装置111、横向拉伸装置113、热处理装置115。且搅拌装置103、挤出装置105、冷却成型装置107、双向拉伸装置109、萃取装置111、横向拉伸装置113、热处理装置115依次连接。

在本发明的动力锂离子电池隔膜制备系统工作时，首先将一定比例的超高分子聚乙烯、抗氧剂和矿物油加入搅拌装置103中充分进行搅拌。其中，矿物油与抗氧剂的质量比为500～1800∶1，矿物油与超高分子聚乙烯的质量比为3～9∶1。超高分子聚乙烯的分子量在100万以上。矿物油的可利用粘度等级为30～60之间。

在超高分子聚乙烯、抗氧剂和矿物油经过搅拌装置103的充分搅拌后，将其混合物加入挤出装置105，并以80～300℃加热连续挤出，形成基片，此基片的厚度为0.1～15mm。其中挤出装置105可以是双螺杆挤出机，其螺杆直径为10～150毫米，挤出量大于200公斤每小时，机头的温度一般可以为80～300℃。

挤出装置105挤出基片后，将挤出的基片以5～50米/分钟的速度通过冷却成型装置107，并以5～80℃的温度范围对基片进行冷却成型。冷却成型装置107可以由六组冷却辊组成，每组冷却辊的温度不同，冷却成型可以使基片中超高分子聚乙烯不结晶，达到膜厚度均一的目的。

基片经过冷却成型装置107冷却成型后，再通过双向拉伸装置109以5～50米/分钟的速度进行横、纵双向同时拉伸，使基片拉伸成厚度为10～150μm的隔膜。双向拉伸装置109为横纵向同时拉伸，可以通过调节拉伸比例来调节拉伸强度，这样可以保证膜厚度均匀，横纵向拉伸比例可以根据膜厚程度进行调整。

隔膜经过双向拉伸装置109拉伸成型后，再经过萃取装置111进行一次萃取，并萃取出隔膜中的矿物油。萃取装置111可以是萃取槽。萃取装置111中的萃取剂可以是正葵烷、正庚烷、二氯甲烷等，其中烷烃类的萃取剂可以使隔膜中的矿物油完全析出。

隔膜经过萃取装置111萃取后，进入横向拉伸装置113。横向拉伸设备包括用以夹紧萃取后的隔膜的夹紧装置1131、使夹紧装置向前移动的轨道1132及对夹紧装置和轨道进行支撑的支撑件1133。当隔膜进入横向拉伸装置113后，左夹紧单元1131和右夹紧单元将隔膜的两侧夹紧。夹紧后，隔膜随着夹紧装置1131在导轨1132作用下以5～50米/分钟的速度向前运动。由于轨道1132与隔膜运动方向成一个小于5°的斜角向外偏离，随着隔膜的向前运动，左夹紧单元1131和右夹紧单元之间的距离逐渐增大，隔膜逐渐被横向拉伸展开，此过程完成了隔膜的纠偏和定型。同时，导轨的长度设定为20～30米，在整个运动的过程中残余在隔膜上的萃取剂能够得到更充分的挥发，通过横向拉伸隔膜的厚薄均一性得到更好的控制。

最后通过热处理装置115将其在60～150℃的温度下对进行1～10分钟热处理。

只要对处理后的隔膜进行卷曲、分切和包装等工序后就可以得到动力锂离子电池隔膜的成品。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

1、本发明在原材料实用方面去除了交联剂的使用，提高了技术水平，节省了成本。

2、本发明的动力锂离子电池隔膜制备流程加入了隔膜横向拉伸的工艺，对隔膜进行了拉伸、纠偏和定型的工作，同时使残余的萃取剂得到充分的挥发，且降低了次品率的出现。

3、新的发明在超高分子的选用上选择范围更广。

4、可选用浓度低的萃取剂进行萃取，达到同样的效果。

5、以8～50米/分钟的速度进行拉伸，可以提高工作效率，降低成本。

6、使用横向拉伸设备后，热处理的温度也将会降低，热处理温度由原来的100～160℃降低到60～150℃，节省能耗，降低成本。

7、使用横向拉伸设备后，通过再次拉伸隔膜可以生产出幅宽更宽的隔膜。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种动力锂离子电池隔膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、将分子量为100万以上的超高分子量聚乙烯、抗氧剂和矿物油按一定比例配比加入搅拌机内将原材料充分进行搅拌，其中，矿物油与抗氧剂的质量比为500～1800∶1，矿物油与超高分子聚乙烯的质量比为3～9∶1；

二、将由步骤一搅拌后的混合物投入双螺杆挤出机以80～300℃加热连续挤出，形成基片；

三、从双螺杆挤出机挤出的基片经过一组冷却辊组进行冷却成型；

四、通过双向拉伸设备以5～50米/分钟的速度对基片进行横、纵双向同时拉伸，使基片拉伸成隔膜，拉伸成型的隔膜厚度达到10～150μm；

五、使用80％～99.9％的高浓度烷烃类萃取剂，将宽度为1000～3000毫米的隔膜通过萃取槽萃取出隔膜中的矿物油；

六、将萃取后的隔膜通过横向拉伸设备，以8～50米/分钟的速度对隔膜进行定型、拉伸、纠偏，并确保隔膜上的残余萃取液的挥发；

七、在60～150℃的温度下对隔膜进行1～10分钟的热处理；

其中，所述横向拉伸设备包括用以夹紧萃取后的隔膜的夹紧装置、使夹紧装置向前移动的轨道及对夹紧装置和轨道进行支撑的支撑件，夹紧装置包括位于隔膜两侧的左夹紧单元和右夹紧单元；轨道长度为20～30米，且轨道与隔膜运动方向成一个小于5°的斜角向外偏离。

2.如权利要求1所述的动力锂离子电池隔膜制备方法，其特征在于，在隔膜完成步骤七的热处理之后，还需对成品隔膜进行卷曲、分切和包装的工作。

3.一种动力锂离子电池隔膜制备系统，其特征在于，包括搅拌装置、挤出装置、冷却成型装置、双向拉伸装置、萃取装置、横向拉伸装置、热处理装置，所述搅拌装置、挤出装置、冷却成型装置、双向拉伸装置、萃取装置、横向拉伸装置、热处理装置依次连接；

其中，所述横向拉伸设备包括用以夹紧萃取后的隔膜的夹紧装置、使夹紧装置向前移动的轨道及对夹紧装置和轨道进行支撑的支撑件，夹紧装置包括位于隔膜两侧的左夹紧单元和右夹紧单元；轨道长度为20～30米，且轨道与隔膜运动方向成一个小于5°的斜角向外偏离。