CN104064706B - 一种孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，属于锂离子电池隔膜技术领域。其解决了目前锂离子电池隔膜孔径不均匀导致短路或者电池内阻增大的问题。本发明首先将聚乙烯与白油混合物喂入双螺杆挤出机，经挤出、过滤、铸片冷却成型得到铸片；然后将铸片进行双向同步拉伸、萃取干燥、横拉扩幅、热定型在线收卷，得到锂离子电池隔膜。该工艺制备得到的锂离子电池隔膜孔径大小均匀且正反两面形态一致，利于锂离子的均匀通过，避免局部放电过大可能导致的锂枝晶的生成。

Description

一种孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺
技术领域
本发明属于锂离子电池隔膜技术领域，具体涉及一种新型孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺。
背景技术
锂离子电池作为高能量电源，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，其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。
锂离子电池对于隔膜的孔径有着严格的要求，隔膜孔径过大容易短路，孔径太小则会导致电池内阻增大，因此在隔膜制备过程中就需要对隔膜的孔径范围进行严格的控制。
发明内容
本发明提出了一种孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，其通过控制热致相分离的条件来制备锂离子电池隔膜，该工艺制备得到的锂离子电池隔膜孔径大小均匀且正反面形态一致，利于锂离子均匀通过。
本发明技术方案包括：
一种孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，包括以下步骤：
a、配料混合，称取聚乙烯粉末和白油并将其混合均匀，得到混合物A，其中，聚乙烯粉末与白油的重量比为1:2～5.5；
b、挤出、过滤计量，所述的混合物A经过挤出机挤出得到高温熔体，所述高温熔体经准确计量后送入模头中；
c、铸片冷却成型，步骤b送入模头中的高温熔体从模头狭缝口流出，并将其正反两面经过冷辊和冷却槽中同步冷却，得到铸片；
d、双向同步拉伸，将步骤c所得的铸片送入双向同步拉伸机得到纵拉比为5倍、横拉比为5倍的薄膜，拉伸前的预热温度为110℃，拉伸温度125℃；
e、萃取、干燥，将步骤d拉伸后的薄膜放入萃取槽中进行超声波萃取，将其中的白油萃取出来，然后将萃取后的薄膜进行干燥，得干燥后的薄膜，萃取剂选用二氯甲烷；
f、横拉扩幅，步骤e干燥后的薄膜经过横拉机扩幅后得到隔膜；
g、热定型、在线收卷，步骤f扩幅后的隔膜经热定型、去除应力后经在线收卷机卷绕，得到锂离子电池隔膜。
作为本发明的一个优选方案，步骤c中，从模头狭缝口流出的高温熔体首先贴覆在第一个激冷辊运行一段距离，使其冷却至150℃，然后随激冷辊浸入冷却槽中，实现正反两面同步降温至85℃，再牵引至下一个激冷辊；上述的两个激冷辊上均配有刮油装置。
作为本发明的另一个优选方案，上述冷却槽内的冷却介质为白油。
步骤e中，萃取剂进液量为3m3/h，超声波功率为5Kw，在温度为20℃时将其中的白油萃取干净。
步骤g中，热定型温度为125℃。
所述步骤b中，混合物A通过直径为96mm，长径比为52，温度为210℃的双螺杆挤出机得到高温熔体。
步骤g中，所述横拉机采用热风循环进行加热，加热温度为100～130℃。
步骤e中，干燥温度为30℃。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明提出了一种孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，其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，依次经过配料混合、挤出、过滤计量、模头挤出、铸片冷却成型、双向同步拉伸、萃取干燥等步骤，制备得到孔径大小均匀的电池隔膜，在铸片冷却成型工艺中，在冷却过程中同时一面贴冷辊，而另一面浸入与冷辊温度一致的冷却槽内淬冷，避免了传统制备工艺中铸片一直贴辊冷却造成的正反面冷却不匀，实现隔膜正反面孔径均一保证铸片正反面冷却速率一致，可使隔膜正反两面的孔径及形貌均匀一致，最终得到微观形态均匀一致的隔膜产品。
隔膜孔径大小的主要影响因素是铸片成型的热致相分离条件，在相分离的过程中铸片里外层的冷却速度将直接影响孔径的大小及均匀性，本发明制备得到的隔膜孔径大小均匀且正反两面形态一致，利于锂离子的均匀通过，避免局部放电过大可能导致的锂枝晶的生成。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明：
图1为本发明锂离子电池隔膜的生产部分工艺流程图；
图2为本发明实施例1制备得到的锂电池隔膜正面(×10000)形貌图；
图3为本发明实施例1制备得到的锂电池隔膜反面(×10000)形貌图；
图1中，1、模头，2、激冷辊，3、冷却槽，4、铸片。
具体实施方式
本发明提出了一种孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，为了使本发明的优点、技术方案更加突出，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：
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。
本发明，一种孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，具体包括以下步骤：
步骤1、配料混合，称取聚乙烯粉末和白油并将其混合均匀，得到混合物A，其中，聚乙烯粉末与白油的重量比为1:2～5.5；
步骤2、挤出、过滤计量，混合物A经过挤出机挤出得到高温熔体，高温熔体经准确计量后送入模头中；
步骤3、铸片冷却成型，步骤2送入模头中的高温熔体从模头狭缝口流出，其首先贴覆在第一个激冷辊运行一段距离，使其冷却至150℃，然后随激冷辊浸入冷却槽中，实现正反两面同步降温至85℃，再牵引至下一个激冷辊；上述的两个激冷辊上均配有刮油装置并将其正反两面经过冷辊和冷却槽中同步冷却，得到铸片；
步骤4、双向同步拉伸，将步骤3所得的铸片送入双向同步拉伸机得到纵拉比为5倍、横拉比为5倍的薄膜，拉伸前的预热温度为110℃，拉伸温度125℃；
步骤5、萃取、干燥，将步骤4拉伸后的薄膜放入萃取槽中进行超声波萃取，将其中的白油萃取出来，然后将萃取后的薄膜进行干燥，干燥温度为30℃，得干燥后的薄膜，萃取剂选用二氯甲烷；
步骤6、横拉扩幅，步骤5干燥后的薄膜经过横拉机扩幅后得到隔膜；
步骤7、热定型、在线收卷，步骤6扩幅后的隔膜经热定型、去除应力后经在线收卷机卷绕，横拉机采用热风循环进行加热，加热温度为100～130℃，得到锂离子电池隔膜。
实施例1
结合图1所示，一种孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，具体包括以下步骤：
首先称取100kg的UHMWPE(聚氯乙烯)粉和525kg的白油，搅拌均匀后投入直径为96mm，长径比为52，温度为210℃的双螺杆挤出机制备均匀高温熔体；高温熔体分别经500目过滤器过滤，熔体泵计量后进入挤出模头中挤出；
从模头狭缝口流出的高温熔体先贴第一个激冷辊运行一段距离，使其冷却至150℃，然后随激冷辊浸入冷却槽实现正反面同步迅速降温至85℃，再牵引至下一个冷辊，激冷辊和冷却槽温度均为30℃，冷却槽内的冷却介质为白油，通过换热器与模温机实现槽内白油温度准确控制，槽内白油的温度在10～60℃可调，两个激冷辊均配备刮油装置；
冷却成型铸片进入双向同步拉伸机得到纵拉比为5倍，横拉比为5倍薄膜，预热温度为110℃，拉伸温度125℃，冷却定型温度为30℃；
双向拉伸隔膜进入二氯甲烷萃取槽中，萃取剂进液量为3m3/h，超声波功率为5Kw，在20℃的条件下将其中的白油萃取干净；
萃取后的隔膜进入干燥箱中将表面和内部的二氯甲烷挥发去除，干燥箱温度为30℃；
拉伸后的无油薄膜进入高温热定型装置后去除隔膜内部的热应力，热定型温度为125℃，去除应力后经在线收卷机卷绕得到孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜。
本实施例制备得到的锂离子电池隔膜其外貌形状如图2、图3所示，图2为锂电池隔膜正面(×10000)形貌图，图3为锂电池隔膜反面(×10000)形貌图，从图2、图3可以看出，锂离子电池隔膜正反两面孔径均匀。
实施例2
与实施例1不同之处在于：称取100kg的UHMWPE(聚氯乙烯)粉和550kg的白油，搅拌均匀后投入直径为96mm，长径比为52，温度为210℃的双螺杆挤出机制备均匀高温熔体；高温熔体分别经500目过滤器过滤，熔体泵计量后进入挤出模头中挤出。
实施例3
与实施例1不同之处在于：称取100kg的UHMWPE(聚氯乙烯)粉和200kg的白油，搅拌均匀后投入直径为96mm，长径比为52，温度为210℃的双螺杆挤出机制备均匀高温熔体；高温熔体分别经500目过滤器过滤，熔体泵计量后进入挤出模头中挤出。

Claims (7)

1.一种孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、配料混合，称取聚乙烯粉末和白油并将其混合均匀，得到混合物A，其中，聚乙烯粉末与白油的重量比为1:2～5.5；
b、挤出、过滤计量，所述的混合物A经过挤出机挤出得到高温熔体，所述高温熔体经准确计量后送入模头中；
c、铸片冷却成型，步骤b送入模头中的高温熔体从模头狭缝口流出，并将其正反两面经过冷辊和冷却槽中同步冷却，得到铸片；从模头狭缝口流出的高温熔体首先贴覆在第一个激冷辊运行一段距离，使其冷却至150℃，然后随激冷辊浸入冷却槽中，实现正反两面同步降温至85℃，再牵引至下一个激冷辊；所述的两个激冷辊上均配有刮油装置；
d、双向同步拉伸，将步骤c所得的铸片送入双向同步拉伸机得到纵拉比为5倍、横拉比为5倍的薄膜，拉伸前的预热温度为110℃，拉伸温度125℃；
e、萃取、干燥，将步骤d拉伸后的薄膜放入萃取槽中进行超声波萃取，将其中的白油萃取出来，然后将萃取后的薄膜进行干燥，得干燥后的薄膜，萃取剂选用二氯甲烷；
f、横拉扩幅，步骤e干燥后的薄膜经过横拉机扩幅后得到隔膜；
g、热定型、在线收卷，步骤f扩幅后的隔膜经热定型、去除应力后经在线收卷机卷绕，得到锂离子电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，其特征在于：所述冷却槽内的冷却介质为白油。
3.根据权利要求2所述的孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，其特征在于：步骤e中，萃取剂进液量为3m3/h，超声波功率为5Kw，在温度为20℃时将其中的白油萃取干净。
4.根据权利要求2所述的孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，其特征在于：步骤g中，热定型温度为125℃。
5.根据权利要求2所述的孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，其特征在于：步骤b中，混合物A通过直径为96mm，长径比为52，温度为210℃的双螺杆挤出机得到高温熔体。
6.根据权利要求2所述的孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，其特征在于：步骤f中，所述横拉机采用热风循环进行加热，加热温度为100～130℃。
7.根据权利要求2所述的孔径和形貌均匀的锂离子电池隔膜的生产工艺，其特征在于：步骤e中，干燥温度为30℃。
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