一种耐热收缩的锂离子电池隔膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐热收缩的锂离子电池隔膜的制备方法，该方法包括：熔融混合聚乙烯组合物、成孔剂和任选的添加剂，挤出流延膜，经第一铸片辊和第二铸片辊铸成厚片，然后经预热辊、拉伸辊、冷却辊进行纵向拉伸，经第一预热区、第一拉伸区、第一冷却区进行第一次横向拉伸，萃取造孔，干燥，再经第二预热区、第二拉伸区、第二冷却区进行第二次横向拉伸，得到耐热收缩的锂离子电池隔膜。本发明专利技术提供的耐热收缩的锂离子电池隔膜的制备方法操作简便，可控性强，应用广泛，采用该方法制得的电池隔膜具有优异的耐热收缩性，且综合性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池隔膜的制备工艺，具体涉及一种耐热收缩的锂离子电池隔膜的制备方法。
技术介绍
锂离子电池广泛应用于电子通讯、储能及动力电源等领域，主要由正极、负极、电解质和电池隔膜构成，其中，电池隔膜是不导电的，位于正极和负极之间，防止二者因接触而短路，同时允许电解质离子通过，从而产生电流，当前的电池隔膜多为具有微孔结构的聚乙烯组合物膜，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，性能优异的电池隔膜对提高电池的综合性能具有重要作用。电池隔膜的性能主要用以下指标来表征：隔断性要求电池隔膜具有隔断性和电子绝缘性，保证正、负极的有效机械隔离；孔隙率要求隔膜具有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子迁移率，对锂离子有很好的透过性；化学稳定性和电稳定性要求隔膜具备耐湿性和耐电解液腐蚀性；浸润性要求隔膜对电解液的浸润性好，并具有较好的吸液保湿能力和离子通透性；力学强度要求隔膜在厚度尽可能小的同时要保证足够的力学性能和抗震性，包括穿刺强度和拉伸强度；安全性要求隔膜要具有热稳定性和自动关断保护性能，包括闭孔温度和破膜温度。电池隔膜的多项性能指标间是相互关联的，想要兼顾多项性能、得到各项指标均较好的电池隔膜目前仍具有较大难度。现有的聚乙烯组合物电池隔膜制备方法主要分为湿法和干法，其中湿法的制备过程包括：将高沸点小分子作为成孔剂添加到聚乙烯组合物中，加热熔融成均匀体系，然后降温发生相分离，经双向拉伸后用有机溶剂萃取出小分子，可制备出相互贯通的微孔隔膜。传统的电池隔膜湿法制备工艺存在一些缺陷，包括：在铸片过程中通常采用一个具有冷却功能的铸片辊进行单面冷却，成孔剂封闭不完全，易流出，导致微孔分布不均匀；不同生产步骤中的挤压设备不同，导致产品质量形貌不同，很难控制一致性；通常挤压设备、拉伸设备辊表面光滑，制造出的隔膜表面光滑，与其它物质的粘合能力差，不利于研发新型电池隔膜；萃取后干燥设备通常采用水枪和气枪两种方式同时进行，造成隔膜的表面通常有水纹，且平整度不够好。基于现有技术的上述状况，本专利技术人对电池隔膜的制备工艺进行研究，目的是提供一种具有优异的耐热收缩性，且综合性能好的锂离子电池隔膜的制备方法。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人对电池隔膜的制备方法进行了锐意研究，结果发现：通过采用特定配比的高分子聚乙烯和超高分子聚乙烯为原料，选择并添加合适的成孔剂和/或添加剂，经特定装置和加工工艺后，可得到具有优异的耐热收缩性和综合性能好的锂离子电池隔膜，从而完成本专利技术。因此，本专利技术的目的在于提供一种耐热收缩的锂离子电池隔膜的制备方法，该方法包括：步骤1)，挤出：将聚乙烯组合物、成孔剂和任选的添加剂熔融混合，挤出流延膜；步骤2)，铸片：步骤1)挤出的流延膜流经第一铸片辊3和第二铸片辊4之间的空隙，铸成厚片；步骤3)，纵向拉伸：步骤2)得到的厚片依次经预热辊、拉伸辊和冷却辊进行纵向拉伸，得到薄膜；步骤4)，第一次横向拉伸：步骤3)得到的薄膜两侧固定，依次经第一预热区、第一拉伸区和第一冷却区进行横向拉伸；步骤5)，萃取：步骤4)得到的薄膜经萃取剂处理，然后干燥；步骤6)，第二次横向拉伸：步骤5)得到的薄膜两侧固定，依次经第二预热区、第二拉伸区和第二冷却区进行横向拉伸，得到耐热收缩的锂离子电池隔膜。本专利技术另一目的还在于提供一种实施上述制备方法所使用的装置，其包括挤出装置、冷却辊装置和干燥装置，其中，所述挤出装置包括机筒、并列设置在所述机筒一端的两个聚乙烯组合物进料口1和分别设置于所述机筒上距所述聚乙烯组合物进料口1为1/3和2/3机筒长度处的两个成孔剂进料口2，所述冷却辊装置包括间距为180～580μm的第一铸片辊3和第二铸片辊4，所述第一铸片辊3与第二铸片辊4的直径比为1：(1～6)，所述第一铸片辊3和第二铸片辊4相向转动，优选地，所述第一铸片辊3的辊筒线速度和所述第二铸片辊4的辊筒线速度数值相等，所述干燥装置包括多个成折线排布的传送辊6，在薄膜与传送辊6相接触的位置设置有用于干燥的气枪7，优选所述气枪7的喷气方向与所述传送辊6的表面相切或与薄膜的传送方向相平行。以下详述本专利技术。根据本专利技术，提供一种耐热收缩的锂离子电池隔膜的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1)，挤出：将聚乙烯组合物、成孔剂和任选的添加剂熔融混合，挤出流延膜。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述聚乙烯组合物包括93～98重量份高分子聚乙烯和2～7重量份超高分子聚乙烯，优选包括94～96重量份高分子聚乙烯和3～6重量份超高分子聚乙烯，更优选包括95重量份高分子聚乙烯和5重量份超高分子聚乙烯。其中，所述高分子聚乙烯的数均分子量为10万～60万，优选为20万～50万，更优选为30万～40万，所述超高分子聚乙烯的数均分子量为120万～150万，优选为130万～140万。在根据本专利技术的优选实施方式中，所述成孔剂包括有机成孔剂和无机成孔剂。所述有机成孔剂优选为矿物油、C6-15烷烃、C8-15脂族羧酸、C1-4烷酯、C2-6卤代烷烃中的一种或几种，所述矿物油优选为白油，所述C6-15烷烃选自庚烷、萘烷、癸烷、十一烷和十二烷，所述C8-15脂族羧酸选自癸酸、十一碳酸和十二碳酸，所述C1-4烷酯选自癸酸甲酯、癸酸乙酯、癸酸丙酯、癸酸正丁酯、十一碳酸甲酯、十一碳酸乙酯、十一碳酸丙酯、十一碳酸正丁酯、十二碳酸甲酯、十二碳酸乙酯、十二碳酸丙酯、十二碳酸正丁酯，所述C2-6卤代烷烃选自二氯乙烷、二氯丙烷、氟氯乙烷和氟氯丙烷，所述有机成孔剂进一步优选为矿物油，更优选为白油。所述无机成孔剂优选为水溶性无机盐的纳米颗粒，所述水溶性无机盐的纳米颗粒选自水溶性硫酸盐、水溶性硝酸盐、水溶性盐酸盐纳米颗粒中的一种或几种，所述水溶性硫酸盐选自硫酸钠、硫酸钾和硫酸铵等，所述水溶性硝酸盐选自硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸镁和硝酸铜等，所述水溶性盐酸盐选自氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化镁、氯化钙和氯化铜等，所述无机成孔剂进一步优选为氯化镁纳米颗粒，所述纳米颗粒的粒径为5～200nm，优选为8～100nm，更优选为10～50nm，相比于液态或油状的有机成孔剂，所述固态颗粒状的无机成孔剂具有更大的粒径和固定的形态，因而具有更强的占位作用，可在电池隔膜内形成孔径更大的微孔结构，可更好地控制形成微孔的大小、形状与分布，且有利于提高电池隔膜的孔隙率和透气度，如：可通过选择不同粒径的无机成孔剂来制得微孔孔径不同的电池隔膜。所述有机成孔剂的加入量为聚乙烯组合物重量的30～60％，所述无机成孔剂的加入量为聚乙烯组合物重量的1～10％。所述添加剂优选包括抗氧化剂、抗紫外剂、抗静电剂和防雾剂中的一种或几种，所述添加剂优选按以下配比混合：抗氧化剂，0.1～20重量份；抗紫外剂，0.1～15重量份；抗静电剂，0.1～25重量份；防雾剂，0.1～20重量份。其中，所述抗氧化剂选自4,4-硫代双(6-叔丁基间甲酚)、二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚，优选为4,4-硫代双(6-叔丁基间甲酚)；所述抗紫外剂选自水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类和受阻胺类，优选为邻羟基苯甲酸苯酯、2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑、2，4-二羟基二苯甲酮、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐热收缩的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，该方法包括：步骤1），将聚乙烯组合物、成孔剂和任选的添加剂熔融混合，挤出流延膜；步骤2），步骤1）挤出的流延膜流经第一铸片辊（3）和第二铸片辊（4）之间的空隙，铸成厚片；步骤3），步骤2）得到的厚片依次经预热辊、拉伸辊和冷却辊进行纵向拉伸，得到薄膜；步骤4），步骤3）得到的薄膜两侧固定，依次经第一预热区、第一拉伸区和第一冷却区进行横向拉伸；步骤5），步骤4）得到的薄膜经萃取剂处理，然后干燥；步骤6），步骤5）得到的薄膜两侧固定，依次经第二预热区、第二拉伸区和第二冷却区进行横向拉伸，得到耐热收缩的锂离子电池隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种耐热收缩的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，该方法包括：步骤1），将聚乙烯组合物、成孔剂和任选的添加剂熔融混合，挤出流延膜；步骤2），步骤1）挤出的流延膜流经第一铸片辊（3）和第二铸片辊（4）之间的空隙，铸成厚片；步骤3），步骤2）得到的厚片依次经预热辊、拉伸辊和冷却辊进行纵向拉伸，得到薄膜；步骤4），步骤3）得到的薄膜两侧固定，依次经第一预热区、第一拉伸区和第一冷却区进行横向拉伸；步骤5），步骤4）得到的薄膜经萃取剂处理，然后干燥；步骤6），步骤5）得到的薄膜两侧固定，依次经第二预热区、第二拉伸区和第二冷却区进行横向拉伸，得到耐热收缩的锂离子电池隔膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，所述聚乙烯组合物包括93～98重量份高分子聚乙烯和2～7重量份超高分子聚乙烯，和/或所述成孔剂包括有机成孔剂和无机成孔剂，优选所述有机成孔剂为矿物油、C6-15烷烃、C8-15脂族羧酸、C1-4烷酯、C2-6卤代烷烃中的一种或几种，更优选为白油，优选所述无机成孔剂为水溶性无机盐的纳米颗粒，更优选为氯化镁纳米颗粒，优选所述有机成孔剂的加入量为聚乙烯组合物重量的30～60%，所述无机成孔剂的加入量为聚乙烯组合物重量的1～10%，和/或优选所述成孔剂分批加入，和/或所述添加剂包括抗氧化剂、抗紫外剂、抗静电剂和防雾剂
\t中的一种或几种，和/或所述挤出温度为150～250℃，优选为170～240℃，和/或所述挤出速率为800～2000g/min，优选为1000～1500g/min。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在步骤2）中，所述第一铸片辊（3）和第二铸片辊（4）的温度为5～40℃，优选为10～35℃，更优选为12～33℃，和/或任选将所述第一铸片辊（3）或第二铸片辊（4）的表面处理成不光滑平面，和/或所述厚片的厚度为200～600μm，优选为250～550μm，更优选为300～500μm。4.根据权利要求1至3之一所述的制备方法，其特征在于，在步骤3）中，所述预热辊的温度为40～130℃，优选为50～120℃，更优选为60～110℃，和/或所述拉伸辊的温度为70～150℃，优选为80～140℃，更优选为90～130℃，和/或所述冷却辊的温度为3～50℃，优选为5～45...

【专利技术属性】
技术研发人员：张汉鸿，
申请(专利权)人：辽源鸿图锂电隔膜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22