CN110181837B - 锂离子二次电池隔膜控制孔径的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子二次电池隔膜控制孔径的生产方法,方法的步骤包括:将聚乙烯与成孔剂混合熔融,得到熔体;将所述熔体冷却,形成含油基片;将所述含油基片进行一次双向拉伸,形成一次拉伸薄膜;采用萃取剂萃取所述一次拉伸薄膜,萃取结束后得到去油薄膜;将所述去油薄膜进行二次双向拉伸,形成二次拉伸薄膜;将所述二次拉伸薄膜进行热处理,形成微孔隔膜;其中,一次双向拉伸和二次双向拉伸的需求倍率总和为n;控制所述微孔隔膜中孔的孔径是通过控制一次双向拉伸的倍率来实现的。本发明能够合理控制锂离子电池隔膜的孔径大小,易实现制备不同孔径的隔膜来满足不同锂离子电池性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子二次电池隔膜控制孔径的生产方法。
背景技术
目前,在锂离子电池结构中,隔膜是关键的内层组件之一,其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性能有着非常重要的作用。
孔径大小是衡量锂离子电池隔膜性能的重要因素之一,在保证良好透过性的前提下不同孔径能满足不同电池性能的需求,影响着电池能量密度、充放电效率以及循环寿命。
目前传统湿法工艺制备的隔膜孔径在70nm以下,且受工艺限制,控制难度较高,而大孔径有利于提高充放电效率,因此设计一种新工艺能有效控制隔膜孔径大小,使其满足不同电池厂商要求是隔膜领域急需解决的问题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种锂离子二次电池隔膜控制孔径的生产方法,它能够合理控制锂离子电池隔膜的孔径大小,易实现制备不同孔径的隔膜来满足不同锂离子电池性能要求。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是:一种锂离子二次电池隔膜控制孔径的生产方法,方法的步骤包括:
将聚乙烯与成孔剂混合熔融,得到熔体;
将所述熔体冷却,形成含油基片;
将所述含油基片进行一次双向拉伸,形成一次拉伸薄膜;
采用萃取剂萃取所述一次拉伸薄膜,萃取结束后得到去油薄膜;
将所述去油薄膜进行二次双向拉伸,形成二次拉伸薄膜;
将所述二次拉伸薄膜进行热处理,形成微孔隔膜;
其中,一次双向拉伸和二次双向拉伸的需求倍率总和为n;
一次双向拉伸的倍率q为4~20.25倍,拉伸温度为105-122℃;
二次双向拉伸的倍率m为4~20.25倍,拉伸温度为105~122℃,并且q×m=n;控制所述微孔隔膜中孔的孔径是通过控制一次双向拉伸的倍率来实现的。
进一步,一次双向拉伸和二次双向拉伸的纵向拉伸倍率总和和横向拉伸倍率总和均为9;
一次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为w;
二次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为9/w。
进一步,一次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为4.5或3或2;
对应的,二次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为2或3或4.5。
进一步,当微孔隔膜中孔的孔径需求越小时,则在一次双向拉伸和二次双向拉伸的需求倍率总和不变的情况下,调高一次双向拉伸的倍率。
进一步,一次双向拉伸的倍率q为4~9倍,拉伸温度为115-118℃;
二次双向拉伸的倍率m为10-20倍,拉伸温度为120~122℃。
进一步,所述萃取剂为二氯甲烷,萃取剂与成孔剂互溶。
进一步,将所述熔体冷却的冷却定型温度为15~40℃。
进一步,将所述二次拉伸薄膜进行热处理中的热处理温度为100℃~140℃。
进一步,通过萃取装置采用萃取剂萃取所述一次拉伸薄膜;其中,所述萃取装置内填充有萃取剂,且所述萃取装置包括萃取槽及位于所述萃取槽下方的多个超声波发生器。
采用了上述技术方案后,本发明方法在锂离子二次电池隔膜的生产过程中通过控制含油基片的一次拉伸倍率来实现控制最终微孔隔膜的孔径大小,因此通过本发明的工艺方法,易实现制备不同孔径的隔膜来满足不同锂离子电池性能要求。
附图说明
图1为本发明实施例1的锂离子二次电池隔膜的SEM图;
图2为本发明实施例2的锂离子二次电池隔膜的SEM图;
图3为本发明实施例3的锂离子二次电池隔膜的SEM图;
图4为本发明对比例1的锂离子二次电池隔膜的SEM图;
图5为本发明实施例1的锂离子二次电池隔膜的孔径分析图;
图6为本发明实施例2的锂离子二次电池隔膜的孔径分析图;
图7为本发明实施例3的锂离子二次电池隔膜的孔径分析图;
图8为本发明对比例1的锂离子二次电池隔膜的孔径分析图。
具体实施方式
本发明提供了一种锂离子二次电池隔膜控制孔径的生产方法,本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
一种锂离子二次电池隔膜控制孔径的生产方法,方法的步骤包括:
将聚乙烯与成孔剂在挤出机中混合熔融,得到熔体;
将所述熔体在冷却辊上冷却,形成含油基片;
将所述含油基片通过传动辊进入拉伸装置中进行一次双向拉伸,形成一次拉伸薄膜;
采用萃取剂萃取所述一次拉伸薄膜,萃取结束后得到去油薄膜;
将所述去油薄膜通过传动辊进入拉伸装置中进行二次双向拉伸,形成二次拉伸薄膜;
将所述二次拉伸薄膜通过传动辊传送到热处理装置进行热处理,形成微孔隔膜;
其中,一次双向拉伸和二次双向拉伸的需求倍率总和为n;
一次双向拉伸的倍率q为4~20.25倍,拉伸温度为105-122℃;
二次双向拉伸的倍率m为4~20.25倍,拉伸温度为105~122℃,并且q×m=n;控制所述微孔隔膜中孔的孔径是通过控制一次双向拉伸的倍率来实现的。
进一步,一次双向拉伸和二次双向拉伸的纵向拉伸倍率总和和横向拉伸倍率总和均为9;
一次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为w;
二次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为9/w。
进一步,一次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为4.5或3或2;
对应的,二次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为2或3或4.5。
进一步,当微孔隔膜中孔的孔径需求越小时,则在一次双向拉伸和二次双向拉伸的需求倍率总和不变的情况下,调高一次双向拉伸的倍率。
优选地,一次双向拉伸的倍率q为4~9倍,拉伸温度为115-118℃;
二次双向拉伸的倍率m为10-20倍,拉伸温度为120~122℃。
进一步,所述萃取剂为二氯甲烷,萃取剂与成孔剂互溶。
进一步,将所述熔体冷却的冷却定型温度为15~40℃。
进一步,将所述二次拉伸薄膜进行热处理中的热处理温度为100℃~140℃。
进一步,通过萃取装置采用萃取剂萃取所述一次拉伸薄膜;其中,所述萃取装置内填充有萃取剂,且所述萃取装置包括萃取槽及位于所述萃取槽下方的多个超声波发生器。
在本发明中,所述挤出机为双螺杆挤出机,所述一次拉伸装置为拉伸机,二次拉伸装置为拉伸机,热处理装置为热定型装置。
在使用时,首先将成孔剂和聚乙烯投入到所述挤出机中,在所述挤出机中进行加热混合,形成混合熔料,该混合熔料经过所述挤出机的模头挤出,该熔料直接在所述冷却辊上进行冷却(冷却辊中的温度为15-40℃),形成冷却的含油基片,该含油基片进入一次拉伸的拉伸装置中(温度为105-122℃),在一次拉伸的拉伸装置中进行一次双向拉伸,经过一次拉伸的拉伸装置后形成一次拉伸薄膜,该一次拉伸薄膜在所述传动辊的带动下进入萃取装置中,所述萃取装置中的萃取剂对拉伸薄膜中成孔剂进行萃取,所述萃取装置中的超声波发生器开启,所述一次拉伸薄膜经过萃取装置后形成了去油薄膜,该去油薄膜继续在传动辊的带动下进入二次拉伸的拉伸装置,二次拉伸的拉伸装置对去油薄膜进行双向拉伸,拉伸温度为110-122℃,使其形成二次拉伸薄膜,之后该薄膜在传动辊的带动下进入热处理装置(热处理温度为100-140℃),经过热处理装置处理后形成具有稳定孔结构的微孔隔膜。
本发明中聚乙烯的质量百分比为25%,成孔剂的质量百分比为75%为例。
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解,下面根据具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
将质量百分比为25%的聚乙烯与质量百分比为75%的矿物油混合,加入双螺杆挤出机,在195℃下充分熔融,熔体经过挤出机模头,在25℃的冷却辊上形成1.35厚的含油基片,含油基片在118℃的一次拉伸机中进行双向拉伸形成一次拉伸薄膜,横向纵向倍率均为2倍,然后通过传动辊运送进入装有超声波发生器的萃取槽,在17kHz的条件下萃取,形成一次拉伸薄膜,之后在传动辊的带动下进入二次拉伸机中,在122℃下进行双向拉伸形成二次拉伸薄膜,横向、纵向拉伸倍率均为4.5倍,薄膜经过126℃的热处理,形成具有稳定孔结构的微孔隔膜,测量微孔膜特性,其微观样貌结构如图1,孔径分布如图5。
实施例2
将质量百分比为25%的聚乙烯与质量百分比为75%的矿物油混合,加入双螺杆挤出机,在195℃下充分熔融,熔体经过挤出机模头,在25℃的冷却辊上形成1.35mm厚的含油基片,含油基片在118℃的一次拉伸机中进行双向拉伸形成一次拉伸薄膜,横向纵向倍率都为3倍,然后通过传动辊运送进入装有超声波发生器的萃取槽,在17kHz的条件下萃取,形成一次拉伸薄膜,之后在传动辊的带动下进入二次拉伸机中,在122℃下进行双向拉伸形成二次拉伸薄膜,横向、纵向拉伸倍率均为3倍,薄膜经过126℃的热处理,形成具有稳定孔结构的微孔隔膜,测量微孔膜特性,其微观样貌结构如图2,孔径分布如图6。
实施例3
将质量百分比为25%的聚乙烯与质量百分比为75%的矿物油混合,加入双螺杆挤出机,在195℃下充分熔融,熔体经过挤出机模头,在25℃的冷却辊上形成1.35mm厚的含油基片,含油基片在118℃的一次拉伸机中进行双向拉伸形成一次拉伸薄膜,横向纵向倍率都为4.5倍,然后通过传动辊运送进入装有超声波发生器的萃取槽,在17kHz的条件下萃取,形成一次拉伸薄膜,之后在传动辊的带动下进入二次拉伸机中,在122℃下进行双向拉伸形成二次拉伸薄膜,横向、纵向拉伸倍率均为2倍,薄膜经过126℃的热处理,形成具有稳定孔结构的微孔隔膜,测量微孔膜特性,其微观样貌结构如图3,孔径分布如图7。
对比例1
常规产线湿法工艺隔膜(双向拉伸9*9)。
将质量百分比为25%的聚乙烯与质量百分比为75%的矿物油混合,加入双螺杆挤出机,在195℃下充分熔融,熔体经过挤出机模头,在25℃的冷却辊上形成1.35mm厚的含油基片,含油基片在118℃的拉伸机中进行双向拉伸形成薄膜,横向纵向倍率都为9倍,然后通过传动辊运送进入装有超声波发生器的萃取槽,在17kHz的条件下萃取,然后薄膜经过126℃的热处理,形成具有稳定孔结构的微孔隔膜,测量微孔膜特性,其微观样貌结构如图4,孔径分布如图8。
通过实施例1、2、3对比,总倍率一致都为9*9,含油基片拉伸倍率越大,孔径越小。
通过实施例1、2、3与对比例1对比,总倍率一致都为9*9,控制含油基片拉伸倍率大小可以使湿法制膜工艺制备的隔膜孔径分布在30~160nm之间。
通过图1、2、3展示,各例微观样貌均一无问题。
综上表明,采用本发明方法,能实现控制孔径(30~160nm)大小且不会影响隔膜微观形貌,从而满足不同电池性能对孔径的要求。
以上所述的具体实施例,对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种锂离子二次电池隔膜控制孔径的生产方法,其特征在于方法的步骤包括:
将聚乙烯与成孔剂混合熔融,得到熔体;
将所述熔体冷却,形成含油基片;
将所述含油基片进行一次双向拉伸,形成一次拉伸薄膜;
采用萃取剂萃取所述一次拉伸薄膜,萃取结束后得到去油薄膜;
将所述去油薄膜进行二次双向拉伸,形成二次拉伸薄膜;
将所述二次拉伸薄膜进行热处理,形成微孔隔膜;
其中,一次双向拉伸和二次双向拉伸的需求倍率总和为n;
一次双向拉伸的倍率q为4~20.25倍,拉伸温度为105-122℃;
二次双向拉伸的倍率m为4~20.25倍,拉伸温度为105~122℃,并且q×m=n;
控制所述微孔隔膜中孔的孔径是通过控制一次双向拉伸的倍率来实现的;
一次双向拉伸和二次双向拉伸的纵向拉伸倍率总和和横向拉伸倍率总和均为9;当微孔隔膜中孔的孔径需求越小时,则在一次双向拉伸和二次双向拉伸的需求倍率总和不变的情况下,调高一次双向拉伸的倍率。
2.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,
一次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为w;
二次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为9/w。
3.根据权利要求2所述的生产方法,其特征在于,
一次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为4.5或3或2;
对应的,二次双向拉伸的纵向拉伸倍率和横向拉伸倍率均为2或3或4.5。
4.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,
一次双向拉伸的倍率q为4~9倍,拉伸温度为115-118℃;
二次双向拉伸的倍率m为10-20倍,拉伸温度为120~122℃。
5.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,
所述萃取剂为二氯甲烷,萃取剂与成孔剂互溶。
6.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,
将所述熔体冷却的冷却定型温度为15~40℃。
7.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,
将所述二次拉伸薄膜进行热处理中的热处理温度为100℃~140℃。
8.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,
通过萃取装置采用萃取剂萃取所述一次拉伸薄膜;其中,所述萃取装置内填充有萃取剂,且所述萃取装置包括萃取槽及位于所述萃取槽下方的多个超声波发生器。
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GR01 | Patent grant | ||
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