CN103618053B - 一种新型着色锂离子电池隔膜及其制备工艺 - Google Patents

一种新型着色锂离子电池隔膜及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型着色锂离子电池隔膜及其制备工艺，属于电池隔膜领域。其解决了在隔膜上面涂覆陶瓷涂层时，无法判定涂层效果好坏的问题。本发明锂离子电池隔膜按照重量百分比其包括下述原料：15%～40%的聚乙烯、1%～5%的纳米级颜料和55%～80%的白油，该制备工艺依次包括：配料-挤出、复合成型-铸片冷却、定型-双向同步拉伸、萃取干燥、横拉扩幅和在线收卷等步骤。由于本发明在原料中添加纳米级颜料，使得成品隔膜呈现不同的颜色，在其上面涂覆陶瓷涂层时，可以根据涂覆隔膜的色差来判定涂层效果的好坏。

Description

一种新型着色锂离子电池隔膜及其制备工艺
技术领域
本发明属于电池隔膜领域，具体涉及一种新型着色锂离子电池隔膜及其制备工艺。
背景技术
近年来，锂离子电池作为高比能量电源，其应用范围不断拓展，已广泛被应用于便携式电子装置、电动工具、电动汽车、储能电站等领域隔膜是电池重要的原材料之一，因此，锂离子电池的安全性问题一直备受关注。隔膜作为锂离子电池中重要的一部分，其作用是将正极与负极材料隔开，容许离子通过，阻止电子通过，锂电池隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。
但是，现有技术中的隔膜颜色单一，在其上面涂覆陶瓷涂层时，涂层锂电池隔膜没法检测涂层效果。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种新型着色锂离子电池隔膜及其制备工艺，本发明锂离子电池隔膜可呈现不同的颜色，在其上面涂覆陶瓷涂层时，可以根据隔膜颜色判断涂层的好坏。
本发明的任务之一是提供一种新型着色锂离子电池隔膜，其技术方案包括：
一种新型着色锂离子电池隔膜，按照重量百分比其由下述原料制备而成：15%～40%的聚乙烯、1%～5%的纳米级颜料和55%～80%的白油。
本发明的任务之二是提供上述锂离子电池隔膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
a配料步骤：按照比例称取一定量的聚乙烯、纳米级颜料和白油，将其充分混合均匀，得到混合物；
b挤出、复合成型步骤：将步骤a得到的混合物通过双螺杆挤出机得到均匀高温熔体，高温熔体经熔体泵准确计量后进入挤出模头中成型；
c铸片、冷却定型步骤：从模头狭缝口流出的高温熔体依次经过温度分别为50℃、40℃、30℃、30℃的四个激冷辊后得到挤出铸片；
d双向同步拉伸步骤：所述挤出铸片进入双向同步拉伸机得到纵拉比为5倍，横拉比为5倍含油薄膜；
e萃取干燥步骤：拉伸后的含油薄膜进入萃取槽，采用二氯甲烷萃取剂将薄膜中的白油萃取出来，出萃取槽的含二氯甲烷的薄膜经过热辊干燥后将二氯甲烷挥发除去得到隔膜初级产物，热辊温度为20～40℃；
f横拉扩幅步骤：将步骤e得到的隔膜初级产物经过横拉机后得到扩幅后的隔膜，横拉机的横拉比为1.2倍，横拉机温度为120℃；
g在线收卷步骤：扩幅后的隔膜经高温热定型装置后去除隔膜内部的热应力，热定型温度135℃，去除应力后的隔膜经在线收卷机卷绕得到锂离子电池隔膜。
作为本发明的一个优选方案，上述步骤d中，预热温度为110℃，拉伸温度为125℃，冷却定型温度为30℃。
作为本发明的另一个优选方案，上述步骤e中，萃取温度为20℃。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明提出了一种新型着色锂离子电池隔膜及其制备工艺，与现有技术相比，本发明采用湿法工艺制备了着色锂离子电池隔膜，在原料的选取上，本发明以聚乙烯作为原料树脂，纳米颗粒级的颜料作为添加剂，白油作为溶剂，二氯甲烷作为萃取剂，由于本发明在制备基材锂离子电池隔膜时在原料中添加纳米级颜料，使得成品隔膜呈现不同的颜色，在其上面涂覆陶瓷涂层时，可以根据涂覆隔膜的色差来判定涂层效果的好坏。
具体实施方式
本发明所选原料均可通过商业渠道购买得到，下面对本发明部分所选原料的性质做如下说明：
白油：比重小于1闪点130（℃），40℃运动粘度4-5（cSt），倾点-5（℃），高度精炼产品，无色、无味，无毒；
聚乙烯：是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，在工业上，也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物，聚乙烯无臭、无毒、手感似蜡，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，耐大多数酸碱的侵蚀，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优；本发明聚乙烯包括分子量为100～150万的超高分子量聚乙烯与分子量低于100万的高密度聚乙烯；
纳米级颜料：指具有颜色和其他一系列颜料特性的、由有机化合物制成的一类纳米级颜料，颜料特性包括耐晒、耐水浸、耐酸、耐碱、耐有机溶剂、耐热、晶型稳定、分散性和遮盖力等；有机颜料与染料的差异在于它与被着色物体没有亲和力，只有通过胶粘剂或成膜物质将有机颜料附着在物体表面，或混在物体内部，使物体着色；其生产所需的中间体、生产设备以及合成过程均与染料的生产大同小异，因此往往将有机颜料在染料工业中组织生产。有机颜料与一般无机颜料相比，通常具有较高的着色力，颗粒容易研磨和分散、不易沉淀，色彩也较鲜艳，但耐晒、耐热、耐候性能较差；有机颜料普遍用于油墨、涂料、橡胶制品、塑料制品、文教用品和建筑材料等物料的着色。本发明采用耐温性优异的大分子橙4R(C.I.颜料橙31)、大分子红R（C.I.颜料红166）、酞菁红（C.I.颜料紫19）及颜料黄2GLT。
实施例1：
一种新型着色锂离子电池隔膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤1、配料步骤：称取40Kg的UHMWPE粉、1Kg的大分子橙4R和80Kg的白油，将其充分混合均匀，得到混合物；
步骤2、挤出、复合成型步骤：将步骤a得到的混合物通过双螺杆挤出机得到均匀高温熔体，高温熔体经熔体泵准确计量后进入挤出模头中成型；
步骤3、铸片、冷却定型步骤：从模头狭缝口流出的高温熔体依次经过温度分别为50℃-40℃-30℃-30℃的四个激冷辊后得到挤出铸片；
步骤4、双向同步拉伸步骤：所述挤出铸片进入双向同步拉伸机得到纵拉比为5倍，横拉比为5倍含油薄膜，预热温度为110℃，拉伸温度为125℃，冷却定型温度为30℃；
步骤5、萃取干燥步骤：拉伸后的含油薄膜进入萃取槽，采用二氯甲烷萃取剂将薄膜中的白油萃取出来，萃取温度为20℃，出萃取槽的含二氯甲烷的薄膜经过热辊干燥后将二氯甲烷挥发除去得到隔膜初级产物，热辊温度为20℃；
步骤6、横拉扩幅步骤：将步骤e得到的隔膜初级产物经过横拉机后得到扩幅后的隔膜，横拉机的横拉比为1.2倍，横拉机温度为120℃；
步骤7、在线收卷步骤：扩幅后的隔膜经高温热定型装置后去除隔膜内部的热应力，热定型温度135℃，去除应力后的隔膜经在线收卷机卷绕得到橙色的锂离子电池隔膜。
实施例2：
与实施例1不同之处在于：
步骤1、配料步骤：称取15Kg的UHMWPE粉、5Kg的大分子红R和55Kg的白油，将其充分混合均匀，得到混合物。
最后得到的锂离子电池隔膜呈现红色。
实施例3：
与实施例1不同之处在于：
步骤1、配料步骤：称取30Kg的UHMWPE粉、2.5Kg的酞菁红和70Kg的白油，将其充分混合均匀，得到混合物。
得到的锂离子电池隔膜呈现紫色。
实施例4：
与实施例1不同之处在于：
步骤1、配料步骤：称取35Kg的UHMWPE粉、2.5Kg的颜料黄2GLT和65Kg的白油，将其充分混合均匀，得到混合物。
得到的锂离子电池隔膜呈现黄色。
实施例5：
与实施例1不同之处在于：步骤e中热辊温度为40℃。
最后得到的锂离子电池隔膜呈现橙色。

Claims (3)

1.一种着色锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：按照重量百分比其由下述原料制备而成：
15％～40％的聚乙烯、1％～5％的纳米级颜料和55％～80％的白油；
所述方法包括以下步骤：
a配料步骤：按照比例称取一定量的聚乙烯、纳米级颜料和白油，将其充分混合均匀，得到混合物；
b挤出、复合成型步骤：将步骤a得到的混合物通过双螺杆挤出机得到均匀高温熔体，高温熔体经熔体泵准确计量后进入挤出模头中成型；
c铸片、冷却定型步骤：从模头狭缝口流出的高温熔体依次经过温度分别为50℃-40℃-30℃-30℃的四个激冷辊后得到挤出铸片；
d双向同步拉伸步骤：所述挤出铸片进入双向同步拉伸机得到纵拉比为5倍，横拉比为5倍含油薄膜；
e萃取干燥步骤：拉伸后的含油薄膜进入萃取槽，采用二氯甲烷萃取剂将薄膜中的白油萃取出来，出萃取槽的含二氯甲烷的薄膜经过热辊干燥后将二氯甲烷挥发除去得到隔膜初级产物，热辊温度为20～40℃；
f横拉扩幅步骤：将步骤e得到的隔膜初级产物经过横拉机后得到扩幅后的隔膜，横拉机的横拉比为1.2倍，横拉机温度为120℃；
g在线收卷步骤：扩幅后的隔膜经高温热定型装置后去除隔膜内部的热应力，热定型温度135℃，去除应力后的隔膜经在线收卷机卷绕得到锂离子电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤d中，预热温度为110℃，拉伸温度为125℃，冷却定型温度为30℃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤e中，萃取温度为20℃。
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