CN114696032A - 一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜及制备方法，制备工艺流程为：复合高分子熔化‑‑搅拌‑‑挤压流延‑‑辊轧成型‑‑纵向拉伸‑‑横向拉伸‑‑热定型‑‑收卷，在挤压流延‑‑辊压成型的加工过程中，不锈钢辊表面包覆有毛刺金属箔可以对隔膜进行造孔，采用这种机械造孔的方式替代现有的湿法萃取工艺，用以解决现有的湿法技术中对环境的污染以及对人员生命安全都造成较大的风险隐患，同时采用机械造孔，能够减少有机溶剂对高分子聚烯烃基体的结构破坏，采用此方法制备的电池隔膜纵向和横向拉伸强度也得到了提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜及制备方法，属于锂离子电池材料技术领域。
背景技术
隔膜是锂离子电池中非常重要的组成部分，隔膜的主要作用是使电池的正负极分隔，防止正负极接触而短路。隔膜自身为非导电材料，且具有一定的微孔和孔隙率，能够使电解质离子通过。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、循环性能、安全性能等。由于锂离子电池能量密度高、工作电压高、使用寿命长、自放电率低和环境友好等优点，已在便携式电子产品(如智能手机、数码相机、笔记本电脑等)、新能源汽车等领域得到了广泛应用。然而随着电动汽车和大规模储能电网等新能源产业的快速发展，对锂离子电池的安全性能提出了更高的要求。
现有技术中，采用湿法工艺制备的锂离子电池隔膜必须采用石蜡油作为造孔剂，并用二氯甲烷作为萃取剂进行石蜡油的萃取，从而形成孔隙，湿法制膜工艺虽然能获得较均匀的隔膜孔隙率，但二氯甲烷属于易挥发且较强毒性的有机溶剂，石蜡油也属环保管控的化学有机物，在实际生产过程中对环境的污染以及对人员生命安全都造成较大的风险隐患。同时因为石蜡油在萃取过程中，因化学反应的不均匀性，会导致孔隙率的不均匀性，影响锂离子电池的电化学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物理工艺形成隔膜孔隙的工艺方法，以替代现有的湿法萃取工艺，用以解决现有湿法技术中存在的二氯甲烷和石蜡油对环境的污染以及对人员生命安全都造成较大的风险隐患，同时由于采用机械造孔，减少有机溶剂对高分子聚烯烃基体的结构破坏，提升了隔膜的纵向和横向拉伸强度。
第一方面，本申请提供一种锂离子电池隔膜的制备方法，采用如下的技术方案：
一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜制备方法，包括复合高分子熔化--搅拌--挤压流延--辊轧成型--纵向拉伸--横向拉伸--热定型--收卷的工艺步骤，所述挤压流延所使用的流延辊采用的是表面包裹有毛刺金属箔的不锈钢辊。
优选的，所述复合高分子为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺的一种或多种复合材料，熔化温度为130-150℃。
优选的，所述不锈钢辊的直径为800-1200mm，转速为0.1-0.5m/min。
优选的，所述毛刺金属箔是铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔中的一种或多种合金，层数为两层。
优选的，所述纵向拉伸的拉力值为100-500N，分为三级拉伸，一级拉伸拉力值为100-150N，温度为100-120℃，二级拉伸拉力值为150-300N，温度为120-130℃，三级拉伸拉力值为300-500N，温度为130-150℃，纵向拉伸速率为3-5m/min。
优选的，所述横向拉伸的拉力值为300-500N，分为三级拉伸，一级拉伸拉力值为450-500N，温度为130-150℃，二级拉伸拉力值为400-450N，温度为120-130℃，三级拉伸拉力值为300-400N，温度为100-120℃，拉伸速率为3-5m/min。
优选的，所述复合高分子为聚乙烯，分子量为50万占比30-40％，分子量为100万占比60-70％，低密度聚乙烯(0.92g/cm3)占比30-40％，高密度聚乙烯(0.96g/cm3)占比60-70％。
优选的，第一层金属箔上的毛刺为长方形刀片状，毛刺高度为1-20μm，毛刺宽度为1-5nm，毛刺厚度为1-5nm，相邻毛刺与毛刺间的纵向间距为1-5nm，横向间距为1-3nm；第二层金属箔毛刺为圆柱形刀片状，毛刺高度为1-20μm，毛刺直径为1-5nm，相邻毛刺与毛刺间的纵向间距为1-5nm，横向间距为1-3nm，第一层与第二层间隔1-5mm相互镶嵌。
本发明还提供一种使用上述制备工艺进行制备的锂离子电池用隔膜。
本发明的有益效果是，能够有效解决现有湿法技术中存在的二氯甲烷和石蜡油对环境的污染以及对人员生命安全都造成较大的风险隐患，同时本发明采用机械造孔的技术方案，与现有技术相比，减少了有机溶剂对高分子聚烯烃基体的结构破坏，同时，采用此方法制备的电池隔膜的纵向和横向拉伸强度得到提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明隔膜的微观结构图；
图2为本发明的流延辊结构示意图，其中1为不锈钢辊，2为毛刺金属箔层1，3为毛刺金属箔层2。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，参照本发明的实施方式详细地说明，并结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜及制备方法，制备流程包括：复合高分子熔化--搅拌--挤压流延--辊轧成型--纵向拉伸--横向拉伸--热定型--收卷。具体如下：
将质量比为30％的分子量为50万单位，质量比为70％的分子量为100万单位，低密度为40％，高密度为60％的聚乙烯，在130℃的温度下加热溶化并进行搅拌，通过模头挤压流延至流延辊。流延辊成型采用的是直径为800mm不锈钢辊，流延辊转速为0.5m/min。不锈钢辊的表面包裹有两层3mm厚的毛刺金属铜箔，第一层金属铜箔上的毛刺为长方形刀片状，毛刺高度为7μm，毛刺宽度为3nm，毛刺厚度为3nm，相邻毛刺与毛刺间的纵向间距为2nm，横向间距为2nm；第二层金属铜箔上的毛刺为圆柱形刀片状，毛刺高度为7μm，毛刺直径为3nm，相邻毛刺与毛刺间的纵向间距为3nm，横向间距为2nm，如图2所示，第一层与第二层铜箔间隔2mm相互镶嵌。然后对经过流延辊轧后的隔膜进行三级纵向和横向同步拉伸，其中，纵向一级拉伸拉力值为100N，温度为100℃，纵向二级拉伸拉力值为150N，温度为120℃，纵向三级拉伸拉力值为300N，温度为130℃，纵向拉伸速率为3m/min。横向一级拉伸拉力值为450N，温度为130℃，横向二级拉伸拉力值为400N，温度为120℃，横向三级拉伸拉力值为300N，温度为100℃，拉伸速率为3m/min。
对比例1
一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜及制备方法，制备流程包括：高分子与石蜡油混合--搅拌--融熔--挤压流延---纵向拉伸--横向拉伸--二氯甲烷萃取--热定型--收卷，具体如下：
将质量比为40％分子量为100万单位的聚乙烯与质量比为60％的石蜡油混合，在熔化温度为130℃的条件下进行加热熔化，并进行搅拌，通过模头挤压流延至流延辊成膜，对经过流延辊轧后的隔膜进行多级纵向和横向同步拉伸，将通过拉伸后的复合膜通过二氯甲烷进行萃取40min，再将通过萃取后的隔膜在100℃烘干箱中进行加热定型，并进行微量拉伸修正膜的孔形。
将实施例1、对比例1得到的隔膜的各项性能对比，结果如表1所示。
表1隔膜样品测试对比
从表1的数据可以看出，本发明的隔膜性能要优于对比例1，纵向和横向拉伸强度也得到提升，且不需要用到二氯甲烷和石蜡油这类有机溶剂，减少了对环境的污染和对人体的危害。
Claims (9)
1.一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜制备方法，其特征在于，包括复合高分子熔化--搅拌--挤压流延--辊轧成型--纵向拉伸--横向拉伸--热定型--收卷的工艺步骤，所述挤压流延所使用的流延辊采用的是表面包裹有毛刺金属箔的不锈钢辊。
2.根据权利要求1所述的一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜制备方法，其特征在于：所述复合高分子为聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺的一种或多种复合材料，熔化温度为130-150℃。
3.根据权利要求1所述的一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜制备方法，其特征在于：所述不锈钢辊的直径为800-1200mm，转速为0.1-0.5m/min。
4.根据权利要求1所述的一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜制备方法，其特征在于：所述毛刺金属箔是铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔中的一种或多种合金，层数为两层。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜制备方法，其特征在于：所述纵向拉伸的拉力值为100-500N，分为三级拉伸，一级拉伸拉力值为100-150N，温度为100-120℃，二级拉伸拉力值为150-300N，温度为120-130℃，三级拉伸拉力值为300-500N，温度为130-150℃，纵向拉伸速率为3-5m/min。
6.根据权利要求1-4任一所述的一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜制备方法，其特征在于：所述横向拉伸的拉力值为300-500N，分为三级拉伸，一级拉伸拉力值为450-500N，温度为130-150℃，二级拉伸拉力值为400-450N，温度为120-130℃，三级拉伸拉力值为300-400N，温度为100-120℃，拉伸速率为3-5m/min。
7.根据权利要求1或2所述的一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜制备方法，其特征在于：所述复合高分子为聚乙烯，分子量为50万占比30-40％，分子量为100万占比60-70％，低密度聚乙烯(0.92g/cm3)占比30-40％，高密度聚乙烯(0.96g/cm3)占比60-70％。
8.根据权利要求4所述的一种微隙孔结构的锂离子电池隔膜制备方法，其特征在于：第一层金属箔上的毛刺为长方形刀片状，毛刺高度为1-20μm，毛刺宽度为1-5nm，毛刺厚度为1-5nm，相邻毛刺与毛刺间的纵向间距为1-5nm，横向间距为1-3nm；第二层金属箔毛刺为圆柱形刀片状，毛刺高度为1-20μm，毛刺直径为1-5nm，相邻毛刺与毛刺间的纵向间距为1-5nm，横向间距为1-3nm，第一层与第二层间隔1-5mm相互镶嵌。
9.一种由权利要求1-8任一所述的制备方法制备的电池隔膜。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114784462A (zh) * | 2022-04-14 | 2022-07-22 | 中材锂膜(常德)有限公司 | 隔离膜、隔离膜制备方法及隔离膜制备装置 |
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2022
- 2022-03-22 CN CN202210283891.0A patent/CN114696032A/zh not_active Withdrawn
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