CN110406136A - 一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法 - Google Patents

一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法，包括电池隔膜制备—热处理—复合辊压—拉伸成型。本发明通过采用流延膜制备—热处理—复合辊压—拉伸成型的制备方法，并且严格控制各个制备步骤工序内的参数，使得制备出来的产品高穿刺强度、高拉伸强度和高温低收缩好，且对比单层产品，其穿刺强度、拉伸强度及高温热收缩方面明显具有更明显的优势，而且该制备方法简单，对设备要求较低，条件容易控制，适合工业化发展趋势。

Description

一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料塑料薄膜领域，特别涉及一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法。
背景技术
锂离子电池隔膜是锂离子电池的重要组成部分，锂离子电池隔膜主要具有两个功能，第一是电子绝缘，即保证锂离子电池正负极之间实现电子绝缘，防止短路的发生。第二个功能是导通离子，一般而言锂离子电池隔膜具有多孔结构，电解液能够渗入隔膜的内部，使得离子能够穿过隔膜，实现离子导通。锂离子电池在充电时从正极脱嵌，经电解液入负极，当负极处于富锂状态则充电完毕；放电时反之，当正极处于富锂状态则耗电结束。其中隔膜是电芯的重要组成部分，起到将电芯正极和负极隔开的作用，具有电子绝缘性和离子导电性。
并且当今在单拉生产线制备薄规格产品是整个行业的瓶颈，整个生产工艺的配合度较高，根据隔膜发展趋势的第一点与第六点，由于成本的优势，高强度多层复合隔膜急需得到发展，因此需要更加薄的规格产品应对产品的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种方法简单，对设备要求较低，条件容易控制，适合工业化发展趋势，并且制备出来的产品高穿刺强度、高拉伸强度和高温低收缩好的多次复合型锂离子电池隔膜的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法，包括流延膜制备—热处理—复合辊压—拉伸成型：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度200-220℃、铸片温度70-90℃和生产速度75-90m/min的生产挤出系统中，然后收取7-10μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度110-120℃，退火时间8-12h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为80-90℃，辊压复合速度3-5m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜依次进行30-50℃的温度冷拉、120-130℃的温度热拉和140-150℃的温度成型的拉伸，然后得到锂离子电池隔膜。
优选地，所述复合膜冷拉伸倍率为1.2倍，回缩倍率为25％。
优选地，所述聚丙烯颗粒的熔融指数为3.0±0.2。
优选地，所述生产挤出系统中挤出温度温度为225℃。
优选地，所述生产挤出系统中生产流道温度为220℃。
本发明的有益效果：本发明通过采用流延膜制备—热处理—复合辊压—拉伸成型的制备方法，并且严格控制各个制备步骤工序内的参数，使得制备出来的产品高穿刺强度、高拉伸强度和高温低收缩好，且对比单层产品，其穿刺强度、拉伸强度及高温热收缩方面明显具有更明显的优势，而且该制备方法简单，对设备要求较低，条件容易控制，适合工业化发展趋势。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
根据图1所示：
一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法，包括流延膜制备—热处理—复合辊压—拉伸成型：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度200-220℃、铸片温度70-90℃和生产速度75-90m/min的生产挤出系统中，然后收取7-10μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度110-120℃，退火时间8-12h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为80℃，辊压复合速度3m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜依次进行30-50℃的温度冷拉、120-130℃的温度热拉和140-150℃的温度成型，然后得到锂离子电池隔膜。
所述复合膜冷拉伸倍率为1.2倍，回缩倍率为25％。
所述聚丙烯颗粒的熔融指数为3.0±0.2。
所述生产挤出系统中挤出温度温度为225℃。
所述生产挤出系统中生产流道温度为220℃。
实时案例1：
一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度为200℃、铸片温度为70℃和生产速度为75m/min的生产挤出系统中，然后收取10μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度为110℃，退火时间为8h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为80℃，辊压复合速度为3m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜紧进行30℃的温度冷拉，120℃的温度热拉，140℃的温度成型，然后得到锂离子电池隔膜。
实时案例2：
一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度为220℃、铸片温度为90℃和生产速度为90m/min的生产挤出系统中，然后收取10μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度为120℃，退火时间为12h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为90℃，辊压复合速度为5m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜紧进行50℃的温度冷拉，130℃的温度热拉，150℃的温度成型，然后得到锂离子电池隔膜。
实时案例3：
一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度为220℃、铸片温度为90℃和生产速度为90m/min的生产挤出系统中，然后收取10μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度为120℃，退火时间为12h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为90℃，辊压复合速度为5m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜紧进行40℃的温度冷拉，125℃的温度热拉，145℃的温度成型，然后得到锂离子电池隔膜。
实时案例4：
一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度为200℃、铸片温度为70℃和生产速度为75m/min的生产挤出系统中，然后收取7μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度为110℃，退火时间为8h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为80℃，辊压复合速度为3m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜紧进行30℃的温度冷拉，120℃的温度热拉，140℃的温度成型，然后得到锂离子电池隔膜。
实时案例5：
一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度为220℃、铸片温度为90℃和生产速度为90m/min的生产挤出系统中，然后收取7μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度为120℃，退火时间为12h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为90℃，辊压复合速度为5m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜紧进行50℃的温度冷拉，130℃的温度热拉，150℃的温度成型，然后得到锂离子电池隔膜。
实时案例6：
一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度为210℃、铸片温度为80℃和生产速度为80m/min的生产挤出系统中，然后收取7μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度为115℃，退火时间为10h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为85℃，辊压复合速度为4m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜紧进行40℃的温度冷拉，125℃的温度热拉，145℃的温度成型，然后得到锂离子电池隔膜。
将上述实施案例1-6得到的锂离子电池隔膜测定其厚度、透气率、孔隙率、拉伸强度、穿刺强度性及热稳定性能指标，测得的数据如下表所示：
表1
对比案例1：
直接获取厚度为18um的PP微孔膜。
对比案例2：
一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度为210℃、铸片温度为80℃、生产速度为80m/min、挤出机温度为225℃和流道温度为220℃的生产挤出系统中，然后收取10μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度为115℃，退火时间为10h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为85℃，辊压复合速度为4m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜紧进行40℃的温度冷拉，125℃的温度热拉，145℃的温度成型，1.2倍冷拉伸倍率和回缩倍率25％然后得到锂离子电池隔膜。
对比案例3：
直接获取厚度为12um的PP微孔膜。
对比案例4：
一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度为210℃、铸片温度为80℃、生产速度为80m/min、挤出机温度为225℃和流道温度为220℃的生产挤出系统中，然后收取7μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度为115℃，退火时间为10h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为85℃，辊压复合速度为4m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜紧进行40℃的温度冷拉，125℃的温度热拉，145℃的温度成型，1.2倍冷拉伸倍率和回缩倍率25％然后得到锂离子电池隔膜。
将上述得到的锂离子电池隔膜和PP微孔膜测定其厚度、透气率、孔隙率、拉伸强度、穿刺强度性及热稳定性能指标，测得的数据如下表所示：
表二
上表的各性能指标测试标准如下：
检测项目 单位 测试标准
厚度 μm GB/T6672-2001
透气度 sec/100ml GB/T36363-2018
孔隙率 ％ GB/T36363-2018
拉伸强度 kgf/cm2 GB/T36363-2018
穿刺强度 gf GB/T36363-2018
热收缩(120℃/1h) ％ GB/T10003-2008
表三
从表1中实施例1-6及表2中对比例比较可以看出：实施例1-6采用设计的工艺参数可制备出12-18微米复合型锂离子电池隔膜，严格控制各个制备步骤工序内的参数，使得制备出来的产品高穿刺强度、高拉伸强度和高温低收缩好，且对比单层产品，其穿刺强度、拉伸强度及高温热收缩方面明显具有更明显的优势，而且该制备方法简单，对设备要求较低，条件容易控制，适合工业化发展趋势。
上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法，包括流延膜制备—热处理—复合辊压—拉伸成型，其特征在于：
①流延膜制备：将聚丙烯颗粒投入模头温度为200-220℃、铸片温度为70-90℃和生产速度为75-90m/min的生产挤出系统中，然后收取7-10μm的单层流延膜；
②热处理：将从生产挤出系统中得到的流延膜按一定卷数摆放好，然后将流延膜放进烘烤箱进行退火处理，退火温度为110-120℃，退火时间为8-12h；
③复合辊压：将热处理后的单层流延膜叠加，使得叠加层数为两层的流延膜通过辊压机进行辊压，辊压复合温度为80-90℃，辊压复合速度为3-5m/min，然后得到复合膜；
④拉伸成型：对复合膜依次进行30-50℃的温度冷拉、120-130℃的温度热拉、140-150℃的温度成型，然后得到锂离子电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述复合膜冷拉伸倍率为1.2倍，回缩倍率为25％。
3.根据权利要求1所述的一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯颗粒的熔融指数为3.0±0.2。
4.根据权利要求1所述的一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述生产挤出系统中挤出温度温度为225℃。
5.根据权利要求1所述的一种多层复合型锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：所述产挤出系统中生产流道温度为220℃。
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