CN105161650A - 一种小孔径锂电池隔膜的制备方法 - Google Patents

一种小孔径锂电池隔膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种小孔径锂电池隔膜的制备方法，锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。但目前国内各大锂电隔膜制造商生产的微孔隔膜孔径普遍≥30nm，且孔径分布宽，均匀性远远达不到国外厂家的水平。本发明采用干法单向拉伸制备小孔径隔膜。采用此方法的生产设备/工艺技术成熟，经过挤出、流延、退火处理、单向拉伸等环节，能够高效连续地大规模生产，且能够稳定有效的控制孔径尺寸。所制备的小孔径隔膜孔小而密、分布更均匀更集中，且在吸液率、保液率上更优。

Description

一种小孔径锂电池隔膜的制备方法
技术领域
本发明属于锂电池隔膜的制备领域，特别涉及一种小孔径锂电池隔膜的制备方法。
技术背景
锂电池具有开路电压高、高能量比和容量大的特点，一直以来都是新能源汽车厂商青睐的动力电池，电动汽车行业的兴起无疑给国内的锂电池行业带来数十倍的需求增长。
由于电动汽车需要的是大功率电能，在实际使用过程中，往往使用上千个电芯串联成电池组，并且要求这些电池能实现大电流放电以保证能量的供应。因此如何在保证安全性能的前提下更多的提高锂电池的能量密度、循环寿命一直是各大锂电池制造商的研究方向。
锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。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。若隔膜孔小而密，在电池使用过程当中，电流的分布就能更加均匀，极化变小，更有利于大电流放电，另外孔径小对电解液的保持能力强，有利于电芯的循环。但目前国内各大锂电隔膜制造商生产的微孔隔膜孔径普遍≥30nm，且孔径分布宽，均匀性远远达不到国外厂家的水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小孔径锂电池隔膜的制备方法。
本发明的上述技术目的可以通过以下技术方案实现：
a、铸片：将聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，冷却辊铸片，得到片状聚丙烯基膜，收成卷状，长度在100～1500m；
b、退火处理：将成卷的基膜放入烘箱内，完善聚丙烯片晶结构；
c、单向拉伸：将退火处理后的聚烯烃基膜经冷态拉伸、热态拉伸、高温定型、冷却后即可得到微孔隔膜。
其中，所述步骤a收成卷状长度优选为300～1000m，因为收成卷状过短影响生产效率，收成卷状过长则不利于后面步骤b中的退火处理时的散热，影响聚丙烯片晶结构的完善。
所述聚丙烯采用等规度≥90％的等规聚丙烯，平均分子量为1×106～1×107，熔融指数为1.0～10.0g/10min；作为优选，采用等规度≥95％的等规聚丙烯，平均分子量为1×106～5×106，熔融指数为1.0～5.0g/10min。
所述a步骤中，挤出机工作温度在100～300℃，模头设定温度在180～250℃，冷却辊温度设定在30～120℃。
所述b步骤中，烘箱温度设定在130～150℃，时间设定为5～12h。
所述c步骤中，冷态拉伸的温度设定在30～100℃，冷态拉伸倍率为1.1～1.4倍；热态拉伸的温度设定在120～160℃，热态拉伸倍率为1.3～2.3倍；高温定型温度设定在150～160℃，高温定型时间设定在1～5min。
此步骤中制备小孔径微孔隔膜的关键在于控制冷态拉伸的温度和拉伸倍率，尤其冷态拉伸的温度设定在30～100℃，优选为35～80℃，该温度范围所制备小孔径锂电池隔膜孔径分布更加均匀，分布一般都在20nm～30nm之间。
本发明制备的小孔径锂电池隔膜，厚度为12μm～60μm，孔径分布在20nm～30nm之间。
本发明具有以下优点：
(1)本发明生产设备/工艺技术成熟，经过挤出、流延、退火处理、单向拉伸等环节，能够高效连续地大规模生产。
(2)能够稳定的控制孔径尺寸，所制备的小孔径锂电池隔膜在孔径分布上更加均匀和集中。
(3)所制备的小孔径锂电池隔膜在吸液率、保液率性能上更优。
本发明采用干法单向拉伸制备小孔径隔膜。采用此方法的生产设备/工艺技术成熟，经过挤出、流延、退火处理、单向拉伸等环节，能够高效连续地大规模生产，且能够稳定有效的控制孔径尺寸。所制备的小孔径隔膜孔小而密、分布更均匀更集中，且在吸液率、保液率上更优。
附图说明
图1实施例4和5样品孔径分布图
图2实施例4样品孔径扫描电镜图
图3实施例5样品孔径扫描电镜图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是所述实施方式并不用于限定本发明。
实施例1
制备聚烯烃小孔径锂电池隔膜步骤如下：
a、铸片：将聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，冷却辊铸片，得到片状聚丙烯基膜，收成卷状，长度在100～1500m；
b、退火处理：将成卷的基膜放入烘箱内，完善聚丙烯片晶结构；
c、单向拉伸：将退火处理后的聚烯烃基膜经冷态拉伸、热态拉伸、高温定型、冷却后即可得到微孔隔膜，此步骤中制备小孔径微孔隔膜的关键在于控制冷态拉伸的温度和拉伸倍率。
所述聚丙烯采用等规度≥90％的等规聚丙烯，平均分子量为1×106，熔融指数为1.0g/10min。
所述a步骤中，挤出机工作温度在100℃，模头设定温度在180℃，冷却辊温度设定在30℃。
所述b步骤中，烘箱温度设定在130℃，时间设定为5h。
所述c步骤中，冷态拉伸的温度设定在30℃，冷态拉伸倍率为1.1倍；热态拉伸的温度设定在120℃，热态拉伸倍率为1.3倍；高温定型温度设定在150℃，高温定型时间设定在1min。
实施例2
a、铸片：将聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，冷却辊铸片，得到片状聚丙烯基膜，收成卷状，长度在100～1500m；
b、退火处理：将成卷的基膜放入烘箱内，完善聚丙烯片晶结构；
c、单向拉伸：将退火处理后的聚烯烃基膜经冷态拉伸、热态拉伸、高温定型、冷却后即可得到微孔隔膜，此步骤中制备小孔径微孔隔膜的关键在于控制冷态拉伸的温度和拉伸倍率。
所述聚丙烯采用等规度≥95％的等规聚丙烯，平均分子量为1×107，熔融指数为5.0g/10min。
所述a步骤中，挤出机工作温度在300℃，模头设定温度在250℃，冷却辊温度设定在120℃。
所述b步骤中，烘箱温度设定在150℃，时间设定为12h。
所述c步骤中，冷态拉伸的温度设定在100℃，冷态拉伸倍率为1.4倍；热态拉伸的温度设定在160℃，热态拉伸倍率为2.3倍；高温定型温度设定在160℃，高温定型时间设定在5min。
实施例3
a、铸片：将聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，冷却辊铸片，得到片状聚丙烯基膜，收成卷状，长度在100～1500m；
b、退火处理：将成卷的基膜放入烘箱内，完善聚丙烯片晶结构；
c、单向拉伸：将退火处理后的聚烯烃基膜经冷态拉伸、热态拉伸、高温定型、冷却后即可得到微孔隔膜。
此步骤中制备小孔径微孔隔膜的关键在于控制冷态拉伸的温度和拉伸倍率。
所述聚丙烯采用等规度≥90％的等规聚丙烯，平均分子量为5×106，熔融指数为5.0g/10min。
所述a步骤中，挤出机工作温度在150℃，模头设定温度在200℃，冷却辊温度设定在80℃。
所述b步骤中，烘箱温度设定在140℃，时间设定为8h。
所述c步骤中，冷态拉伸的温度设定在70℃，冷态拉伸倍率为1.2倍；热态拉伸的温度设定在130℃，热态拉伸倍率为1.8倍；高温定型温度设定在155℃，高温定型时间设定在3min。以下结合具体实施例4-5进一步说明本发明。
实施例4-5中，采用等规度为98％的等规聚丙烯，平均分子量为3.5×106，熔融指数为3.2g/10min，其他条件见上述实施例3技术方案，不同之处将在具体实施例中阐述。
实施例4
将聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，经急冷辊铸片成28.5u的片材聚丙烯基膜，收成卷状，长度在1000m，挤出机工作温度为205℃，模头设定温度为200℃，冷却辊设定温度为80℃；将成卷的基膜放入烘箱内，进行140℃、10h的退火处理；将退火处理后的聚烯烃基膜依次经1.25倍的80℃冷态拉伸、1.68倍的145℃热态拉伸、158℃的高温定型2min、冷却后即可得到25u微孔隔膜。
实施例5
聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，经急冷辊铸片成18.8u的片材聚丙烯基膜，收成卷状，长度在1000m，挤出机工作温度为205℃，模头设定温度为203℃，冷却辊设定温度为75℃；将成卷的基膜放入烘箱内，进行140℃、9h的退火处理；将退火处理后的聚烯烃基膜依次经1.20倍的75℃冷态拉伸、1.7倍的145℃热态拉伸、157℃的高温定型1.5min、冷却后即可得到16u微孔隔膜。
表1实施例样品常规电性能参数
性能参数 实施例3(25u) 实施例4(16u)
面电阻(Ω.cm2) 1.02 1.01
吸液率(％) 80.8 82.2
保液率(％) 76.6 77.0
平均孔径(nm) 25.9 25.2
实施例6
参照实施例1制备方法，其中所述步骤c中冷态拉伸设定的温度及测试结果如下表所示：
冷态拉伸的温度(℃) 平均孔径(nm) 孔隙率(％)
25 10 35％
35 20 60％
40 25 65％
45 25 78％
50 255 80％
60 30 95％
70 30 90％
80 30 95％
100 40 98％
其中，本发明优选的冷态拉伸的温度为35～80℃，具有孔径均匀，孔隙率适中等优点。
实施例7
参照实施例1制备方法，其中所述步骤a中，收成卷状长度及散热时间如下表所示：
长度(m) 初始温度(℃) 散热时间(min)
100 50 30
300 50 40
500 50 50
700 50 60
1000 50 65
1500 50 90
其中，本发明优选的收成卷状长度300～1000m，具有散热快，生产效率高等优点。
以上是对本发明制备方法进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小孔径锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，
a、铸片：将聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，冷却辊铸片，得到片状聚丙烯基膜，收成卷状，长度在100～1500m；
b、退火处理：将成卷的基膜放入烘箱内，完善聚丙烯片晶结构；
c、单向拉伸：将退火处理后的聚烯烃基膜经冷态拉伸、热态拉伸、高温定型、冷却后即可得到微孔隔膜。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述聚丙烯采用等规度≥90％的等规聚丙烯，平均分子量为1×106～1×107，熔融指数为1.0～10.0g/10min。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述聚丙烯采用等规度≥95％的等规聚丙烯，平均分子量为1×106～5×106，熔融指数为1.0～5.0g/10min。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述a步骤中，挤出机工作温度在100～300℃，模头设定温度在180～250℃，冷却辊温度设定在30～120℃。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述b步骤中，烘箱温度设定在130～150℃，时间设定为5～12h。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述c步骤中，冷态拉伸的温度设定在30～100℃，冷态拉伸倍率为1.1～1.4倍。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，热态拉伸的温度设定在120～160℃，热态拉伸倍率为1.3～2.3倍。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，高温定型温度设定在150～160℃，高温定型时间设定在1～5min。
9.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，微孔隔膜厚度为12μm～60μm。
10.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，微孔隔膜孔径分布在20nm～30nm之间。
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