CN103618054B - 一种新型耐高温锂电池隔膜及其制备工艺 - Google Patents

一种新型耐高温锂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耐高温锂电池隔膜及其制备工艺，属于电池隔膜领域。其解决了现有技术中采用湿法工艺制备得到的锂电池隔膜熔断温度低的问题。本发明耐高温锂电池隔膜，采用湿法工艺制备得到，隔膜包括内层、中间层和外层，内层和外层是由聚乙烯和白油为原料制备而成；中间层是由聚乙烯、白油和纳米无机氧化物为原料制备而成；该制备工艺依次包括：配料-挤出-模头复合-铸片冷却成型-双向同步拉伸-萃取干燥-横拉扩幅-热定型，经检测，该工艺制备得到的隔膜熔断温度比单独PE成分隔膜的熔断温度高50～70℃。

Description

一种新型耐高温锂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，具体涉及一种耐高温锂电池隔膜及其制备工艺。
背景技术
隔膜是电池重要的原材料之一，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。
随着锂离子电池的不断发展，尤其是在动力汽车和大容量储能电池方面，为了能够实现高倍率快速放电而对锂电池隔膜提出了更高的要求，既希望隔膜具有较高的孔隙率及通孔，又对耐高温性能提出了更高的要求，为保证安全性，锂电池隔膜通常要求闭孔温度较低和熔断温度较高，而目前以湿法工艺制备的锂电池隔膜通常情况下闭孔温度和熔断温度均较低，满足不了耐高温的性能。
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耐高温锂电池隔膜及其制备工艺，采用三层共挤的湿法工艺制备得到的锂电池隔膜，其熔断温度比单独PE成分的隔膜高50～70℃。
本发明的任务之一是提供一种新型耐高温锂电池隔膜，其技术方案包括：
一种新型耐高温锂电池隔膜，所述隔膜采用湿法工艺制备得到，所述隔膜包括内层、中间层和外层，所述内层和外层是由聚乙烯和白油为原料制备而成；所述中间层是由聚乙烯、白油和纳米无机氧化物为原料制备而成；所述隔膜的熔断温度比单独PE成分隔膜的熔断温度高50～70℃。
本发明的任务之二是提供上述新型耐高温锂电池隔膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
a配料步骤：内层、外层配料：按照聚乙烯与白油的重量比为3/17：1进行充分混合，得到混合物A；中间层的配料：按照聚乙烯、白油和纳米无机氧化物的重量比为3/17：1：1/20进行充分混合，得到混合物B；
b挤出、复合成型步骤：将混合物A通过双螺杆挤出机一得到混合物A均匀高温熔体；将混合物B通过双螺杆挤出机二得到混合物B均匀高温熔体；熔体A和熔体B分别经熔体泵按照重量百分比内层10%：中间层80%：外层10%准确计量后进入三层挤出模头中复合成型；
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组成为A/B/A的挤出铸片；
d双向同步拉伸步骤：组成为A/B/A的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，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三层隔膜初级产物，热辊温度为35℃；
f横拉扩幅步骤：得到的三层隔膜初级产物经过横拉机后到扩幅后的三层隔膜；
g在线收卷步骤：扩幅后的三层隔膜经高温热定型装置后去除隔膜内部的热应力，去除应力后的三层隔膜经在线收卷机卷绕得到最终的产品。
作为本发明的一个优选方案，上述步骤d中，含油薄膜的预热温度为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f中，横拉机的横拉比为1.2倍，横拉机温度为120℃。
更进一步的，上述步骤g中，热定型温度为135℃。
步骤e中，热辊温度为35℃。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明提出了一种耐高温锂电池隔膜及其制备方法，其采用三层共挤的湿法工艺制备锂电池隔膜，该锂电池隔膜以聚乙烯作为原料树脂，白油作为溶剂，二氯甲烷作为萃取剂，本专利在制备隔膜的内层和外层时采用聚乙烯与白油的混合物A作为原料；在制备中间层时首先是将白油与耐高温的添加纳米无机氧化物充分混合，然后将上述的混合物再与聚乙烯粉末充分混合，得到的最终混合物B，A与B同时经过双螺杆挤出机、挤出模头和冷却装置得到A/B/A组成的挤出铸片，铸片经过双向同步拉伸、萃取干燥、横拉扩幅及热定型得到组成为PE/PE+纳米无机氧化物/PE的锂离子电池隔膜，采用此方法得到的锂电池隔膜的熔断温度比单独PE成分的隔膜高50～70℃。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步清楚、完整的说明：
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；
纳米无机氧化物：可以为三氧化二铝、二氧化硅、氧化钙或氧化锌。
实施例1：
本发明，一种新型耐高温锂电池隔膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：配料步骤：先配置混合物A，混合物A作为制备本发明锂电池隔膜的内层和外层所需原料：
称取20Kg的UHMWPE粉，称取113.3Kg白油，将白油与UHMWPE粉一同倒入搅拌釜内进行充分搅拌，搅拌器为双螺带形式，得到混合物A备用；
配置混合物B，混合物B作为制备本发明锂电池隔膜的中间层所需原料：
称取40Kg的UHMWPE粉，2Kg三氧化二铝粉末，226.6Kg白油，将称取好的UHMWPE粉、三氧化二铝粉末和白油一同倒入搅拌釜内进行充分搅拌，搅拌器形式为高剪切乳化头，得到混合物B备用；
步骤2：挤出、复合成型步骤：混合物A通过直径为35mm，长径比为52，温度为200℃的双螺杆挤出机一得到混合物A均匀高温熔体；混合物B通过直径为96mm，长径比为52，温度为200℃的双螺杆挤出机二得到混合物B均匀高温熔体，两种高温熔体分别经熔体泵按照最终隔膜产品中三层之间的重量百分比例10%：80%：10%准确计量后进入三层挤出模头中复合成型；
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组成为A/B/A的挤出铸片；
步骤4：双向同步拉伸步骤：组成为A/B/A的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三层隔膜初级产物，热辊温度为35℃；
步骤6：横拉扩幅步骤：得到的三层隔膜初级产物经过横拉机后到扩幅后的三层隔膜，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：扩幅后的三层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℃，去除应力后的三层隔膜经在线收卷机卷绕得到最终的产品。
按照上述步骤1至步骤7制备得到的锂电池隔膜，包括内层、中间层和外层，内层和外层是由聚乙烯和白油为原料制备而成；中间层是由聚乙烯、白油和纳米无机氧化物为原料制备而成，经检测，该锂电池隔膜的熔断温度为210℃，其熔断温度比单独PE成分的隔膜高70℃。
实施例2：
与实施例1不同之处在于：
步骤3中的冷却定型步骤：从模头狭缝口流出的高温熔体经过冷水浴后得到组成为A/B/A的挤出铸片。
本实施例制备得到的锂电池隔膜，经检测，该锂电池隔膜的熔断温度为195℃，其熔断温度比单独PE成分的隔膜高60℃。
实施例3：
与实施例1不同之处在于：
步骤1中纳米无机物选用的是二氧化硅，步骤5中的热辊温度为20℃。
本实施例制备得到的锂电池隔膜，经检测，该锂电池隔膜的熔断温度为190℃，其熔断温度比单独PE成分的隔膜高55℃。
实施例4：
与实施例1不同之处在于：
步骤1中纳米无机物选用的是氧化钙，步骤5中的热辊温度为40℃。
本实施例制备得到的锂电池隔膜，经检测，该锂电池隔膜的熔断温度为185℃，其熔断温度比单独PE成分的隔膜高50℃。
需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种耐高温锂电池隔膜的制备方法，所述隔膜采用湿法工艺制备得到，所述隔膜包括内层、中间层和外层，其特征在于：
所述内层和外层是由聚乙烯和白油为原料制备而成；
所述中间层是由聚乙烯、白油和纳米无机氧化物为原料制备而成；
所述隔膜的熔断温度比单独PE成分隔膜的熔断温度高50～70℃；
所述制备方法包括以下步骤：
a配料步骤：内层、外层配料：按照聚乙烯与白油的重量比为3/17：1进行充分混合，得到混合物A；中间层的配料：按照聚乙烯、白油和纳米无机氧化物的重量比为3/17：1：1/20进行充分混合，得到混合物B；
b挤出、复合成型步骤：将混合物A通过双螺杆挤出机一得到混合物A均匀高温熔体；将混合物B通过双螺杆挤出机二得到混合物B均匀高温熔体；熔体A和熔体B分别经熔体泵按照重量百分比内层10％：中间层80％：外层10％准确计量后进入三层挤出模头中复合成型；所述的高温是指温度为200℃；
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组成为A/B/A的挤出铸片；
d双向同步拉伸步骤：组成为A/B/A的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，含油薄膜的预热温度为110℃，拉伸温度为125℃，冷却定型温度为30℃；
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，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三层隔膜初级产物，热辊温度为20～40℃；
f横拉扩幅步骤：得到的三层隔膜初级产物经过横拉机后到扩幅后的三层隔膜，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：扩幅后的三层隔膜经热定型装置后去除隔膜内部的热应力，去除应力后的三层隔膜经在线收卷机卷绕得到锂电池隔膜，所述热定型温度为135℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤e中，热辊温度为35℃。
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