CN112133870A - 一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，包括以下步骤：步骤一，原料准备；步骤二，熔融挤出；步骤三，热处理；步骤四，分步拉伸；步骤五，热风定型；步骤六，隔膜清理；步骤七，分切收集；步骤八，隔膜改性；步骤九，清洗烘干；该发明通过改性剂将隔膜改性，增加了隔膜的亲水性，同时改性剂内加入有木质素磺酸盐，有利于提高隔膜的离子交换量，有利于提高电池的充放电效率，通过毛刷刷去隔膜表面的灰尘和微粒，有利于避免灰尘和微粒划伤隔膜，同时降低了微粒和灰尘对改性效果的影响，通过将改性后的隔膜利用氢氧化钾溶液浸泡，并且多次用纯水冲洗，去除隔膜表面未反应的改性剂和微粒，有利于提升隔膜的品质。
Description
技术领域
本发明涉及隔膜制备技术领域，具体为一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺。
背景技术
锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，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，隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同，对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料。
电池隔膜一般采用聚乙烯和聚丙烯材料制成，电池隔膜除了将正负极分隔开来的作用，同时与电解液接触有着让离子通过的功能，但是不论是聚乙烯和聚丙烯都有较强的疏水性，不利于电解液的浸润，从而增大了电池的内阻，从而减少了离子交换量，降低了电池的放电效率，所以需要对隔膜进行改性，然而直接改性，隔膜表面的杂质和灰尘会吸附在隔膜表面，会造成隔膜划伤的情况发生，甚至会造成电池隔膜表面微孔堵塞，大大降低了改性的效果，同时照射改性之后，残余改性剂附着在电池隔膜表面，空气中的灰尘和微粒也会附着在隔膜表面，降低了隔膜的质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，包括以下步骤：步骤一，原料准备；步骤二，熔融挤出；步骤三，热处理；步骤四，分步拉伸；步骤五，热风定型；步骤六，隔膜清理；步骤七，分切收集；步骤八，隔膜改性；步骤九，清洗烘干；
其中在上述步骤一中，首先将所需要的聚丙烯和改性剂准备好；
其中在上述步骤二中，将步骤一中准备好的聚丙烯投入双螺杆挤出机中，随后打开机器进行加热，聚丙烯变成熔融状态，随后从双螺杆挤出机的模头挤出形成薄膜，挤出的薄膜经过流延后形成特定晶体结构的基膜，基膜经过冷风降温后用冷却辊收集起来；
其中在上述步骤三中，将步骤二中收集起来的基膜放入热风循环炉内进行热处理，热处理之后得到硬弹性薄膜；
其中在上述步骤四中，将步骤三中热处理完成得到的硬弹性薄膜通过辊筒进行低温拉伸，随后将低温拉伸后的硬弹性薄膜放入热风循环炉内中，利用辊筒进行高温拉伸后形成纳米微孔膜；
其中在上述步骤五中，将步骤四中拉伸形成的纳米微孔膜放置在加热辊上停留一段时间，定型后形成半成品隔膜；
其中在上述步骤六中，将步骤五中定型后的半成品隔膜的上下表面用毛刷轻轻刷去表面杂质和碎屑，用毛刷清洁的同时利用真空吸尘器将杂质和碎屑收集起来；
其中在上述步骤七中，将步骤六中清洁过后的半成品膜分切成大小均匀的块状，随后收集起来备用；
其中在上述步骤八中，将步骤七中分切之后的半成品膜浸泡到改性剂溶液中，随后将浸泡后的半成品膜装入聚乙烯密封袋中，利用紫外线灯进行辐射改性，制成改性后的半成品膜；
其中在上述步骤九中，将步骤八中制成的改性后半成品膜分别利用纯水和甲醇冲洗，冲洗过后再利用氢氧化钾溶液在60℃的环境下浸泡两天，浸泡之后再次利用纯水冲洗，最后放入干燥箱中干燥后得到成品隔膜。
根据上述技术方案，所述步骤一中，改性剂由重量份数为10-20份的丙烯酸、60-65份的去离子水、30-40份的丙酮、0.25-0.5份的二苯甲酮、0.05-0.1份的木质素磺酸盐和0.5-0.8份的异构十三醇聚氧乙烯醚混合而成。
根据上述技术方案，所述步骤二中，双螺杆挤出机的温度为200-210℃，模头为衣架型垂直模头，模头挤出温度为195-205℃，冷风的温度为25℃，冷却辊的温度为90-115℃。
根据上述技术方案，所述步骤三中，热风循环炉的温度为125-150℃，热处理时间为3-6h，保证基膜内外均达到相同温度。
根据上述技术方案，所述步骤四中，低温拉伸时两个辊筒间距为350mm,辊筒温度为40-45℃，辊筒进给的速度为1.6m/min,高温拉伸时热风循环箱的温度为110-120℃。
根据上述技术方案，所述步骤五中，加热辊的温度为125-135℃，在加热辊上停留时间为30-45s。
根据上述技术方案，所述步骤八中，紫外线灯为中压汞蒸气灯，中压汞蒸气灯输出功率为120W/cm,辐射改性时间为20-60s。
根据上述技术方案，所述步骤九中，氢氧化钾溶液浓度为5％。
根据上述技术方案，所述步骤九中，干燥箱的温度为90-105℃，干燥时间为2-5min。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1.该发明通过改性剂将隔膜改性，增加了隔膜的亲水性，浸润更多的电解液，从而降低了隔膜的内阻，同时改性剂中加入有木质素磺酸盐，有利于提高隔膜的离子交换量，有利于提高电池的充放电效率。
2.该发明通过毛刷刷去隔膜表面的灰尘和微粒，有利于避免灰尘和微粒划伤隔膜，同时降低了微粒和灰尘对改性效果的影响，并且清扫的灰尘和微粒通过吸尘器收集起来，降低了环境污染。
3.该发明通过将改性后的隔膜利用氢氧化钾溶液浸泡，并且多次用纯水冲洗，去除隔膜表面未反应的改性剂和微粒，有利于提升隔膜的品质。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
实施例1：
一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，包括以下步骤：步骤一，原料准备；步骤二，熔融挤出；步骤三，热处理；步骤四，分步拉伸；步骤五，热风定型；步骤六，隔膜清理；步骤七，分切收集；步骤八，隔膜改性；步骤九，清洗烘干；
其中在上述步骤一中，首先将所需要的聚丙烯和改性剂准备好，且改性剂由重量份数为10份的丙烯酸、60份的去离子水、30份的丙酮、0.25份的二苯甲酮、0.05份的木质素磺酸盐和0.5份的异构十三醇聚氧乙烯醚混合而成；
其中在上述步骤二中，将步骤一中准备好的聚丙烯投入双螺杆挤出机中，随后打开机器进行加热，聚丙烯变成熔融状态，随后从双螺杆挤出机的模头挤出形成薄膜，且双螺杆挤出机的温度为200-210℃，模头为衣架型垂直模头，模头挤出温度为195-205℃，挤出的薄膜经过流延后形成特定晶体结构的基膜，基膜经过冷风降温后用冷却辊收集起来，且冷风的温度为25℃，冷却辊的温度为90-115℃；
其中在上述步骤三中，将步骤二中收集起来的基膜放入热风循环炉内进行热处理，且热风循环炉的温度为125-150℃，热处理时间为3-6h，保证基膜内外均达到相同温度，热处理之后得到硬弹性薄膜；
其中在上述步骤四中，将步骤三中热处理完成得到的硬弹性薄膜通过辊筒进行低温拉伸，且低温拉伸时两个辊筒间距为350mm,辊筒温度为40-45℃，辊筒进给的速度为1.6m/min，随后将低温拉伸后的硬弹性薄膜放入热风循环炉内中，利用辊筒进行高温拉伸后形成纳米微孔膜，且高温拉伸时热风循环箱的温度为110-120℃；
其中在上述步骤五中，将步骤四中拉伸形成的纳米微孔膜放置在加热辊上停留一段时间，且加热辊的温度为125-135℃，在加热辊上停留时间为30-45s，定型后形成半成品隔膜；
其中在上述步骤六中，将步骤五中定型后的半成品隔膜的上下表面用毛刷轻轻刷去表面杂质和碎屑，用毛刷清洁的同时利用真空吸尘器将杂质和碎屑收集起来；
其中在上述步骤七中，将步骤六中清洁过后的半成品膜分切成大小均匀的块状，随后收集起来备用；
其中在上述步骤八中，将步骤七中分切之后的半成品膜浸泡到改性剂溶液中，随后将浸泡后的半成品膜装入聚乙烯密封袋中，利用紫外线灯进行辐射改性，且紫外线灯为中压汞蒸气灯，中压汞蒸气灯输出功率为120W/cm,辐射改性时间为20-60s，制成改性后的半成品膜；
其中在上述步骤九中，将步骤八中制成的改性后半成品膜分别利用纯水和甲醇冲洗，冲洗过后再利用氢氧化钾溶液在60℃的环境下浸泡两天，且氢氧化钾溶液浓度为5％，浸泡之后再次利用纯水冲洗，最后放入干燥箱中干燥后得到成品隔膜，且干燥箱的温度为90-105℃，干燥时间为2-5min。
实施例2：
一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，包括以下步骤：步骤一，原料准备；步骤二，熔融挤出；步骤三，热处理；步骤四，分步拉伸；步骤五，热风定型；步骤六，隔膜清理；步骤七，分切收集；步骤八，隔膜改性；步骤九，清洗烘干；
其中在上述步骤一中，首先将所需要的聚丙烯和改性剂准备好，改性剂由重量份数为20份的丙烯酸、65份的去离子水、40份的丙酮、0.5份的二苯甲酮、0.1份的木质素磺酸盐和0.8份的异构十三醇聚氧乙烯醚混合而成；
其中在上述步骤二中，将步骤一中准备好的聚丙烯投入双螺杆挤出机中，随后打开机器进行加热，聚丙烯变成熔融状态，随后从双螺杆挤出机的模头挤出形成薄膜，且双螺杆挤出机的温度为200-210℃，模头为衣架型垂直模头，模头挤出温度为195-205℃，挤出的薄膜经过流延后形成特定晶体结构的基膜，基膜经过冷风降温后用冷却辊收集起来，且冷风的温度为25℃，冷却辊的温度为90-115℃；
其中在上述步骤三中，将步骤二中收集起来的基膜放入热风循环炉内进行热处理，且热风循环炉的温度为125-150℃，热处理时间为3-6h，保证基膜内外均达到相同温度，热处理之后得到硬弹性薄膜；
其中在上述步骤四中，将步骤三中热处理完成得到的硬弹性薄膜通过辊筒进行低温拉伸，且低温拉伸时两个辊筒间距为350mm,辊筒温度为40-45℃，辊筒进给的速度为1.6m/min，随后将低温拉伸后的硬弹性薄膜放入热风循环炉内中，利用辊筒进行高温拉伸后形成纳米微孔膜，且高温拉伸时热风循环箱的温度为110-120℃；
其中在上述步骤五中，将步骤四中拉伸形成的纳米微孔膜放置在加热辊上停留一段时间，且加热辊的温度为125-135℃，在加热辊上停留时间为30-45s，定型后形成半成品隔膜；
其中在上述步骤六中，将步骤五中定型后的半成品隔膜的上下表面用毛刷轻轻刷去表面杂质和碎屑，用毛刷清洁的同时利用真空吸尘器将杂质和碎屑收集起来；
其中在上述步骤七中，将步骤六中清洁过后的半成品膜分切成大小均匀的块状，随后收集起来备用；
其中在上述步骤八中，将步骤七中分切之后的半成品膜浸泡到改性剂溶液中，随后将浸泡后的半成品膜装入聚乙烯密封袋中，利用紫外线灯进行辐射改性，且紫外线灯为中压汞蒸气灯，中压汞蒸气灯输出功率为120W/cm,辐射改性时间为20-60s，制成改性后的半成品膜；
其中在上述步骤九中，将步骤八中制成的改性后半成品膜分别利用纯水和甲醇冲洗，冲洗过后再利用氢氧化钾溶液在60℃的环境下浸泡两天，且氢氧化钾溶液浓度为5％，浸泡之后再次利用纯水冲洗，最后放入干燥箱中干燥后得到成品隔膜，且干燥箱的温度为90-105℃，干燥时间为2-5min。
实施例3：
一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，包括以下步骤：步骤一，原料准备；步骤二，熔融挤出；步骤三，热处理；步骤四，分步拉伸；步骤五，热风定型；步骤六，隔膜清理；步骤七，分切收集；步骤八，隔膜改性；步骤九，清洗烘干；
其中在上述步骤一中，首先将所需要的聚丙烯和改性剂准备好，且改性剂由重量份数为15份的丙烯酸、62份的去离子水、35份的丙酮、0.45份的二苯甲酮、0.6份的木质素磺酸盐和0.75份的异构十三醇聚氧乙烯醚混合而成；
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其中在上述步骤六中，将步骤五中定型后的半成品隔膜的上下表面用毛刷轻轻刷去表面杂质和碎屑，用毛刷清洁的同时利用真空吸尘器将杂质和碎屑收集起来；
其中在上述步骤七中，将步骤六中清洁过后的半成品膜分切成大小均匀的块状，随后收集起来备用；
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将上述实施例所得的电池隔膜进行测试，所得结果如下表：
基于上述，本发明的优点在于，本发明通过改性剂对电池隔膜进行改性后，隔膜亲水性明显增强，从而大大降低了隔膜的电阻，同时改性剂中加入了木质素磺酸盐，有利于增加隔膜的离子交换容量，有利于提高隔膜制成电池的充放电效率，同时在隔膜改性之前，利用毛刷和吸尘器去除了隔膜表面的灰尘和微粒，提高了隔膜改性的效果，并且隔膜改性之后，多次利用纯水冲洗，去除未反应的改性剂，并且进一步的去除附着的杂质和微粒，提高了隔膜的品质。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，包括以下步骤：步骤一，原料准备；步骤二，熔融挤出；步骤三，热处理；步骤四，分步拉伸；步骤五，热风定型；步骤六，隔膜清理；步骤七，分切收集；步骤八，隔膜改性；步骤九，清洗烘干；其特征在于：
其中在上述步骤一中，首先将所需要的聚丙烯和改性剂准备好；
其中在上述步骤二中，将步骤一中准备好的聚丙烯投入双螺杆挤出机中，随后打开机器进行加热，聚丙烯变成熔融状态，随后从双螺杆挤出机的模头挤出形成薄膜，挤出的薄膜经过流延后形成特定晶体结构的基膜，基膜经过冷风降温后用冷却辊收集起来；
其中在上述步骤三中，将步骤二中收集起来的基膜放入热风循环炉内进行热处理，热处理之后得到硬弹性薄膜；
其中在上述步骤四中，将步骤三中热处理完成得到的硬弹性薄膜通过辊筒进行低温拉伸，随后将低温拉伸后的硬弹性薄膜放入热风循环炉内中，利用辊筒进行高温拉伸后形成纳米微孔膜；
其中在上述步骤五中，将步骤四中拉伸形成的纳米微孔膜放置在加热辊上停留一段时间，定型后形成半成品隔膜；
其中在上述步骤六中，将步骤五中定型后的半成品隔膜的上下表面用毛刷轻轻刷去表面杂质和碎屑，用毛刷清洁的同时利用真空吸尘器将杂质和碎屑收集起来；
其中在上述步骤七中，将步骤六中清洁过后的半成品膜分切成大小均匀的块状，随后收集起来备用；
其中在上述步骤八中，将步骤七中分切之后的半成品膜浸泡到改性剂溶液中，随后将浸泡后的半成品膜装入聚乙烯密封袋中，利用紫外线灯进行辐射改性，制成改性后的半成品膜；
其中在上述步骤九中，将步骤八中制成的改性后半成品膜分别利用纯水和甲醇冲洗，冲洗过后再利用氢氧化钾溶液在60℃的环境下浸泡两天，浸泡之后再次利用纯水冲洗，最后放入干燥箱中干燥后得到成品隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，其特征在于：所述步骤一中，改性剂由重量份数为10-20份的丙烯酸、60-65份的去离子水、30-40份的丙酮、0.25-0.5份的二苯甲酮、0.05-0.1份的木质素磺酸盐和0.5-0.8份的异构十三醇聚氧乙烯醚混合而成。
3.根据权利要求1所述的一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，其特征在于：所述步骤二中，双螺杆挤出机的温度为200-210℃，模头为衣架型垂直模头，模头挤出温度为195-205℃，冷风的温度为25℃，冷却辊的温度为90-115℃。
4.根据权利要求1所述的一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，其特征在于：所述步骤三中，热风循环炉的温度为125-150℃，热处理时间为3-6h，保证基膜内外均达到相同温度。
5.根据权利要求1所述的一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，其特征在于：所述步骤四中，低温拉伸时两个辊筒间距为350mm,辊筒温度为40-45℃，辊筒进给的速度为1.6m/min,高温拉伸时热风循环箱的温度为110-120℃。
6.根据权利要求1所述的一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，其特征在于：所述步骤五中，加热辊的温度为125-135℃，在加热辊上停留时间为30-45s。
7.根据权利要求1所述的一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，其特征在于：所述步骤八中，紫外线灯为中压汞蒸气灯，中压汞蒸气灯输出功率为120W/cm,辐射改性时间为20-60s。
8.根据权利要求1所述的一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，其特征在于：所述步骤九中，氢氧化钾溶液浓度为5％。
9.根据权利要求1所述的一种增加离子交换量的电池隔膜制备工艺，其特征在于：所述步骤九中，干燥箱的温度为90-105℃，干燥时间为2-5min。
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