一种微孔聚乙烯膜制造技术

本发明专利技术提出了一种微孔聚乙烯膜，由重量百分比为18～50％、特性粘度为800～1200ml/g的聚乙烯和重量百分比为82～50％的填充剂制备成的混合物通过如下步骤制得；将聚乙烯和填充剂混合挤出，形成液相体系；将液相体系冷却制成薄片，随后完成薄片双拉扩孔、填充剂萃取和热定型；所述的液相体系冷却成型具有如下工艺通过压辊将所述液相体系置于冷却温度为14～30℃的冷却辊表面制成薄片，所述压辊与所述冷却辊的间隙为0.3-1.5mm。相对于传统隔膜，本发明专利技术的聚乙烯膜的特征为：具有较高的机械强度，具有较好的厚度一致性及理化性能一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种微孔聚乙烯膜
本专利技术涉及用于制备锂离子隔膜的微孔聚乙烯膜，更加具体表述为，本专利技术涉及 通过增加冷却时的辊轮，控制聚乙烯的特性粘度和冷却中的温度来制造具有厚度高一致性 和较高机械强度的微孔超高分子量聚乙烯膜，并且制备的聚乙烯膜制造的电池具有一致性 和安全性。
技术介绍
由于具有较好的化学稳定性和优异的物理性能，微孔聚乙烯膜被广发的应用于二 次锂离子电池，如：手机电池、笔记本电池、电动工具电池及动力汽车电池。目前制备微孔 聚乙烯膜主要有三种工艺：工艺一为将聚烯烃加工成纤维状，再通过无纺布工艺加工为薄 膜状的结构；工艺二为干法工艺，首先在常温下制备聚烯烃膜，再在不同的温度下通过晶向 的转变产生缺陷，然后在高温下拉伸使缺陷尺寸变大以形成微孔；工艺三为湿法工艺，即 TIPS方法（1981年由美国A. J. Castro提出），首先将聚烯烃在高温下与填充剂混合形成液 相稳定体系，然后在冷却过程中聚烯烃形成固相，而填充剂仍保持液相，使用溶剂提取其中 的液相填充剂而形成孔隙。同前两种工艺相比，第三种工艺即湿法工艺能够生产相对更薄 的微孔膜，且孔径较为均一。锂离子电池隔膜的制备方法中，采用的熔融挤出/拉伸/热定 型法，主要包括挤出、成片、拉伸和热定型等步骤；制备原理是聚合物熔体在高应力场下结 晶，形成具有垂直于挤出方向而又平行排列的片晶结构，然后经过热处理得到硬性材料；具 有硬弹性的聚合物膜拉伸后片晶之间分离，并出现大量微纤，从而形成大量的微孔结构，在 经过热定型即制得微孔膜； 目前，随着动力汽车在生活中的广泛应用，由于较大数量串并联电池组的出现，锂 离子电池的一致性和安全性能备受关注，而锂离子电池中作为隔断正负极材料的隔膜对电 池的安全性的要求则越来越高，尤其是隔膜厚度等物理性能的一致性和高强度。目前，中国 专利（CN 103687901 A)提供的一种微多孔性聚乙烯膜的制造方法，首先将聚乙烯膜和溶剂 混炼后，挤出成片，然后进行拉伸；该专利注重拉伸的倍率和面积，但是微孔的结构包括孔 径的大小、形状及分布不均匀。现有技术主要使用具有更高分子量的聚乙烯来改善微孔膜 的机械强度，但树脂的分子量增加容易导致双螺杆挤出载荷增大、聚乙烯和填充剂的混合 不均匀，拉伸过程中拉伸器负荷大，拉伸不均匀，拉伸速度慢等导致生产速度降低和隔膜一 致性下降的情况，另外由于过高分子量的聚乙烯由于导致隔膜闭孔温度的上升，在锂电池 的使用过程中带来安全隐患。
技术实现思路
本专利技术经过大量的理论研究和生产试验来实现提升机械强度和理化性质一致性 的问题，主要通过采用一定特性粘度范围的聚乙烯和适当的冷却条件，从而使由熔融挤出 到冷却时形成强度较大和理化性质一致性较好的薄膜；故本专利技术可以再不使用更高分子量 的聚乙烯的情况下而提高更高机械强度的微孔聚乙烯膜。 为实现上述目标，本专利技术采用的技术方法如下： 一种微孔聚乙烯膜，由重量百分比为18?50%、特性粘度为800?1200ml/g的聚 乙烯和重量百分比为82?50%的填充剂制备成的混合物通过如下步骤制得； 将聚乙烯和填充剂混合挤出，形成液相体系；将液相体系冷却制成薄片，随后完成 薄片双拉扩孔、填充剂萃取和热定型； 所述的液相体系冷却成型具有如下工艺： 通过压辊将所述液相体系置于冷却温度为14?30°C的冷却辊表面制成薄片，所 述压辊与所述冷却辊的间隙为〇. 3-1. 5_。 其中，优选地，所述的冷却辊的温度为22°c。所述压辊和所述冷却辊的间隙为 1. 5mm〇 相对于传统隔膜，本专利技术的聚乙烯膜的特征为：具有较高的机械强度，具有较好的 厚度一致性及理化性能一致性。 由聚乙烯制备聚乙烯微孔膜的基本原理如下： 分子结构和聚乙烯结构相似的液体低分子量有机物（后文中统称为填充剂）在 聚乙烯能够融化的高温下和聚乙烯形成热力学的单相体。当处于热力学单相状态的聚乙烯 和填充剂的溶液冷却到常温时，聚乙烯和填充剂之间形成相分离，即前期形成的单相体分 为主要由聚乙烯固化薄片形成的聚乙烯固相，和填充剂液相。在聚乙烯固相微多孔结构中 充满填充剂液相的情况下，使用双拉系统将其内部微孔结构进行扩大，以便于填充剂能够 更好的从微孔结构中析出，然后再使用有机溶剂提取填充剂已形成孔径均一的微多孔膜。 因此微孔的结构主要取决于相分离过程，即最终孔径的大小、形状及分布取决于相分离过 程中冷却设备的构成和冷却条件，另外，微孔膜的厚度一致性和其它理化性能的一致性也 取决于冷却系统。 本专利技术通过长期设备改造和实验研究，即为了制备高强度的、高一致性的微孔聚 乙烯膜，需要控制隔膜的特性粘度以保证其有较好的混合型和熔融流动性，做到能够较好 的贴合在冷却辊的表面，保证流动性的同时需在一般流延成片冷却装置上加装压辊，通过 压辊按压薄片使其较好的贴在冷却辊的表面，与冷却辊充分接触，使薄片内部得到均匀一 致的冷却，以形成孔径均一的结构，同时由于冷却的充分性，使靠近冷却辊的面由于瞬间降 温形成机械强度较高的枝筋，使得整体薄膜的强度得以提高，另外由于压辊的存在，可以调 整压辊同冷却辊间的间隙，以提高其厚度的一致性。基于此方法制成的微孔聚乙烯膜用于 锂离子电池，可有效降低加工过程中产生的短路，减少使用过程中存在的自放电及微短路 等安全隐患。 还可以向所述组合物中加入添加剂入抗氧化剂、X透视剂或/和抗静电剂来改善 所述组合物及所制备聚乙烯膜的特定功能。 更为详细的制造工艺如下： 使用设计用于混合聚乙烯和填充剂的双螺杆挤出机混炼挤出所述的混合物，进入 冷却系统，通过增加冷却系统的压辊，调整压辊的间隙已控制相应的压力和厚度，并通过控 制冷却辊的温度来调整冷却淬火的效果。 采用双向拉伸机同时拉伸以形成薄膜，拉伸时横向和纵向拉伸倍率均大于3以上 或更大，总的拉伸倍率为10?120倍； 然后采用有机溶剂提取其中的填充剂并进行干燥，根据本专利技术使用的有机溶剂的 实例包括但不限于任何能够提取用于挤出薄膜中的填充剂的溶剂，优选为甲乙酮、二氯甲 烷和异戊烯，他们提取效率高且干燥快。所需提取可以按照典型溶剂提取过程进行，如：浸 渍、超声、渗漉法等，他们可单独或组合使用，提取后剩余填充剂的量应为0.8重量百分比 或更小，当剩余的填充剂量大于〇. 8重量百分比时，膜的理化性能将变差。 剩余填充剂的量在很大程度上取决于提取的超声波的频率和时间。考虑厚度萃取 剂残留问题，一般均采用蒸汽压较高的溶剂，另外溶剂挥发容易带走热量，故一般较难通过 温度的改善来加快分子运动速度以提升萃取效率的目的，故一般采用超声的原理和增加时 间来提升萃取的效率，但由于超声波波动容易产生热量，带来安全隐患，故一般通过加长经 过萃取段的距离来提升萃取效率。提取时间取决于膜的厚度，制备厚度为10?30 y m的典 型微孔膜时，提取时间优选为2?4分钟。 最后，对干燥后的膜进行热定型处理以出去残余应力，并减少最终膜的收缩。根 据热定型处理，可将膜的孔隙结构固定，然后加热以强制保持膜的原始形状，以消除残余应 力，当热定型温度高时，热定型时间相对较短，而热定型温度低时热定型时间相对较长。但 温度较高时容易造成聚乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微孔聚乙烯膜，其特征是，由重量百分比为18～50％、特性粘度为800～1200ml/g的聚乙烯和重量百分比为82～50％的填充剂制备成的混合物通过如下步骤制得；将聚乙烯和填充剂混合挤出，形成液相体系；将液相体系冷却制成薄片，随后完成薄片双拉扩孔、填充剂萃取和热定型；所述的液相体系冷却成型具有如下工艺：通过压辊将所述液相体系置于冷却温度为14～30℃的冷却辊表面制成薄片，所述压辊与所述冷却辊的间隙为0.3‑1.5mm。

【技术特征摘要】
1. 一种微孔聚乙烯膜，其特征是，由重量百分比为18?50 %、特性粘度为800? 1200ml/g的聚乙烯和重量百分比为82?50 %的填充剂制备成的混合物通过如下步骤制 得； 将聚乙烯和填充剂混合挤出，形成液相体系；将液相体系冷却制成薄片，随后完成薄片 双拉扩孔、填充剂萃取和热定型； 所述的液相体系冷却成型具有如下工艺： 通过压辊将所述液相体系置于冷却温度为14?30°C的冷却辊表面制成薄片，所述压 辊与所述冷却辊的间隙为〇. 3-1. 5mm。2. 如权利要求1所述的微孔聚乙烯膜，其特征是：所述的冷却辊的温度为22°C。3. 如权利要求1或2所述的微孔聚乙烯膜，其特征是：所述压辊和所述冷却辊的间隙 为 1. 5mm 〇4. 如权利要求1所述的微孔聚乙烯膜，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：程跃，李英，王伟强，李晓晨，顾挺，
申请(专利权)人：上海恩捷新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31