CN104064710A - 采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂电池隔膜的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂电池隔膜的生产工艺，其是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，三氧化二铝作为陶瓷基材，依次经过配料——挤出——过滤计量——模头挤出——铸片冷却成型——双向拉伸——萃取干燥——横拉扩幅——热定型——陶瓷涂覆——烘箱去水——在线收卷来制得高孔隙率锂电池隔膜，本发明通过控制热定型的工艺，以降低此工艺过程中的闭孔程度来提高隔膜基材的孔隙率，并且在热定型工艺后直接进行陶瓷涂覆，通过陶瓷涂覆来降低隔膜的热收缩率，避免了常规的分步制备工艺中高孔隙率隔膜在存放过程中由于热应力的释放造成的隔膜厚度及性能的变化，同时也降低了生产成本。

Description

采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂电池隔膜的生产工艺

技术领域

本发明属于电池隔膜领域，具体涉及一种采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂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。

目前市场上在售的锂电池隔膜的孔隙率一般均在40％左右，目前纳米陶瓷涂覆隔膜已经逐渐成为开发的热点，但是陶瓷涂层的增加会使隔膜的孔隙率降低，而隔膜的孔隙率的高低将直接影响锂电池的内阻以及比容量的大小，现有技术中陶瓷涂覆锂电池隔膜的孔隙率还有待提高。

发明内容

为了进一步提高陶瓷涂覆隔膜的孔隙率，降低锂离子电池的内阻及提高锂离子电池的比容量，本发明提出了一种采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂电池隔膜的生产工艺，该生产工艺采用一步法直接制备陶瓷涂覆的锂离子电池隔膜，通过控制拉伸工艺及热定型工艺来控制隔膜基材的孔隙率，通过陶瓷涂覆来降低隔膜的热收缩率，直接制备得到陶瓷涂覆的高孔隙率锂电池隔膜。

其技术方案包括：

一种采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂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，所述聚乙烯粉末与白油的重量比为1:2～5.5；

b、挤出、过滤计量：将步骤a中的混合物A经过挤出机得到高温熔体，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，经激冷辊冷却后得到含油铸片；

d、双向同步拉伸：将步骤c中得到的含油铸片经预热后进行双向同步拉伸，得到薄膜；

e、萃取、干燥：将步骤d得到的薄膜放入萃取槽，将其中的白油萃取出来，萃取剂为二氯甲烷；将萃取后的薄膜、萃取剂二氯甲烷放入干燥箱内，挥发去除得干燥后的薄膜；

f、横拉扩幅、热定型：步骤e中干燥后的薄膜经过横拉机扩幅后，送入热定型装置后去除薄膜内部的热应力，其中，热定型温度为125℃，薄膜的孔隙率为55％以上；

g、涂覆：步骤f热定型后的薄膜放置于陶瓷浆料中进行陶瓷涂覆，涂覆模具选用微凹辊或狭缝模头；

h、烘干、在线收卷：将涂覆后薄膜烘干并进行在线收卷，在线收卷的速度为45m/min。

进一步的，步骤g中，所述陶瓷浆料中三氧化二铝浓度为40％。

进一步的，步骤b中，高温熔体依次经过温度分别为50℃—40℃—30℃—30℃的四个激冷辊。

进一步的，步骤d中，预热温度为110℃，双向同步拉伸的温度为125℃，双向同步拉伸得到纵拉比为5倍，横拉比为5倍的薄膜。

进一步的，步骤b中，所述混合物A通过直径为96mm，长径比为52，温度为200℃的双螺杆挤出机得到高温熔体。

进一步的，步骤e中，萃取剂的进液量为3m³/h在温度为20℃时对其中的白油进行萃取，干燥箱的温度设定为35℃。

本发明所带来的有益技术效果：

本发明提出了一种采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂电池隔膜的生产工艺，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，三氧化二铝作为陶瓷基材，依次经过配料——挤出——过滤计量——模头挤出——铸片冷却成型——双向拉伸——萃取干燥——横拉扩幅——热定型——陶瓷涂覆——烘箱去水——在线收卷来制得高孔隙率锂电池隔膜，为了提高最终陶瓷隔膜产品的孔隙率，本发明通过控制热定型的工艺，例如控制热定型温度为125℃，薄膜的孔隙率为55％以上，以降低此工艺过程中的闭孔程度来提高隔膜基材的孔隙率，并且在热定型工艺后直接进行陶瓷涂覆，通过陶瓷涂覆来降低隔膜的热收缩率，避免了常规的分步制备工艺中高孔隙率隔膜在存放过程中由于热应力的释放造成的隔膜厚度及性能的变化，同时也降低了生产成本。

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为本发明生产工艺的流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂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，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。

目前市场上销售的常规隔膜的孔隙率都在40％左右，而孔隙率的高低又直接影响锂电池的性能，提高隔膜的孔隙率可以降低隔膜对锂离子迁移的阻力，孔隙率越大，孔的曲率越小，孔的贯通性越好，锂离子的穿透能力越强。

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。

一种采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂电池隔膜的生产工艺，其操作工艺流程图如图1所示，主要包括配料——挤出——过滤计量——模头挤出——铸片冷却成型——双向拉伸——萃取干燥——横拉扩幅——热定型——陶瓷涂覆——烘箱去水——在线收卷，本发明采用分子量为150万的超高分子量聚乙烯作为原料树脂，白油作为溶剂，二氯甲烷作为萃取剂。

本发明，一种采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂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：将步骤1中的混合物A经过直径为96mm，长径比为52，温度为200℃的双螺杆挤出机得到高温熔体，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，经激冷辊冷却后得到含油铸片；

步骤4、双向同步拉伸：将步骤3中得到的含油铸片经预热后进行双向同步拉伸，得到薄膜；

步骤5、萃取、干燥：将步骤4得到的薄膜放入萃取槽，将其中的白油萃取出来，萃取剂为二氯甲烷；将萃取后的薄膜、萃取剂二氯甲烷放入干燥箱内，挥发去除得干燥后的薄膜；

步骤6、横拉扩幅、热定型：步骤5中干燥后的薄膜经过横拉机扩幅后，送入热定型装置后去除薄膜内部的热应力，其中，热定型温度为125℃，薄膜的孔隙率为55％以上；

步骤7、涂覆：步骤6热定型后的薄膜放置于陶瓷浆料中进行陶瓷涂覆，涂覆模具选用微凹辊或狭缝模头；

步骤8、烘干、在线收卷：将涂覆后薄膜烘干并进行在线收卷，在线收卷的速度为45m/min。

实施例1：

本发明，一种采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂电池隔膜的生产工艺，具体包括以下步骤：

步骤1、配置混合物A，先称取50Kg的UHMWPE(聚乙烯)粉，按照UHMWPE粉重量占最终白油与UHMWPE粉混合物A总重量的16％，白油占混合物A总重量的85％称取262.5Kg白油，将白油与UHMWPE粉一同倒入搅拌釜内(搅拌器形式为双螺带形式)进行充分搅拌，得到混合物A备用；

步骤2、混合物A通过直径为96mm，长径比为52，温度为200℃的双螺杆挤出机得到混合物A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；

步骤3、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铸片；

步骤4、挤出铸片进入双向同步拉伸机得到纵拉比为4.5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℃；

步骤5、双拉后的薄膜进入二氯甲烷萃取槽进行超声波萃取，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完；

步骤6、萃取后的薄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35℃；

步骤7、干燥后的薄膜进入横拉机，控制横拉比为1.3倍，温度为120℃；

步骤8、扩幅后的薄膜进入高温热定型装置后去除薄膜内部的热应力，热定型温度125℃，控制薄膜的孔隙率在55％以上；

步骤9、出热定型的薄膜直接进行陶瓷涂覆，涂覆模具为微凹辊，陶瓷浆料中三氧化二铝浓度为40％；

步骤10、涂覆后的隔膜进入热风烘箱中，烘箱温度梯度为30℃～35℃～45℃～60℃～80℃；

步骤11、出烘箱的去水隔膜进行在线收卷，收卷速度为45m/min。

本实施例制备得到的隔膜孔隙率为56％。

实施例2：

与实施例1不同之处在于：步骤1中白油的加入量为100kg。本实施例制备得到的隔膜孔隙率为52％。

本发明高孔隙率锂电池隔膜的生产工艺具有以下优点：

目前市场上的陶瓷涂覆的锂电池隔膜导致最后得到的隔膜孔隙率一般都在40％左右，本发明通过在制备工艺中经挤出铸片、双向拉伸，萃取干燥，横拉扩幅，然后通过控制热定型的参数条件，得到高孔隙率的隔膜，此隔膜直接进行陶瓷涂覆处理，经过烘箱烘干去除水份后可得孔隙率在50％以上的锂电池隔膜。

Claims (6)

1.一种采用陶瓷涂覆的高孔隙率锂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，所述聚乙烯粉末与白油的重量比为1:2～5.5；

b、挤出、过滤计量：将步骤a中的混合物A经过挤出机得到高温熔体，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，经激冷辊冷却后得到含油铸片；

d、双向同步拉伸：将步骤c中得到的含油铸片经预热后进行双向同步拉伸，得到薄膜；

e、萃取、干燥：将步骤d得到的薄膜放入萃取槽，将其中的白油萃取出来，萃取剂为二氯甲烷；将萃取后的薄膜、萃取剂二氯甲烷放入干燥箱内，挥发去除得干燥后的薄膜；

f、横拉扩幅、热定型：步骤e中干燥后的薄膜经过横拉机扩幅后，送入热定型装置后去除薄膜内部的热应力，其中，热定型温度为125℃，薄膜的孔隙率为55％以上；

g、涂覆：步骤f热定型后的薄膜放置于陶瓷浆料中进行陶瓷涂覆，涂覆模具选用微凹辊或狭缝模头；

h、烘干、在线收卷：将涂覆后薄膜烘干并进行在线收卷，在线收卷的速度为45m/min。

2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤g中，所述陶瓷浆料中三氧化二铝浓度为40％。

3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤b中，高温熔体依次经过温度分别为50℃—40℃—30℃—30℃的四个激冷辊。

4.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤d中，预热温度为110℃，双向同步拉伸的温度为125℃，双向同步拉伸得到纵拉比为5倍，横拉比为5倍的薄膜。

5.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤b中，所述混合物A通过直径为96mm，长径比为52，温度为200℃的双螺杆挤出机得到高温熔体。

6.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤e中，萃取剂的进液量为3m3/h在温度为20℃时对其中的白油进行萃取，干燥箱的温度设定为35℃。