一种湿法隔膜及其生产系统和生产方法技术方案

本发明专利技术公开了一种湿法隔膜及其生产系统和生产方法，属于锂电池隔膜技术领域。本发明专利技术的一种湿法隔膜生产系统，其熔融挤出装置包括双螺杆挤出机和单螺杆挤出机，双螺杆挤出机的出料端设有熔体槽，熔体槽经输送泵与单螺杆挤出机的进料口相连，所述铸片冷却装置位于单螺杆挤出机的出料端；本发明专利技术的湿法隔膜生产方法，其中熔融挤出工序是将超高分子量聚乙烯、石蜡油以及抗氧剂通过双螺杆挤出机进行熔融混合形成均相溶液后输送至熔体槽，然后通过输送泵输送至单螺杆挤出机进行计量挤出。本发明专利技术通过对现有湿法隔膜生产系统的结构及生产工艺进行优化设计，从而可以有效提高所得隔膜厚度及透气性等物理性能的一致性，进而保证锂离子电池使用性能的稳定性。

A wet diaphragm and its production system and method

【技术实现步骤摘要】
一种湿法隔膜及其生产系统和生产方法
本专利技术属于锂电池隔膜
，更具体地说，涉及一种湿法隔膜及其生产系统和生产方法。
技术介绍
锂离子电池因具备比能量高、循环寿命长、无记忆效应等优点，已经逐渐广泛应用于人们的日常生活中。锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和电池外壳组成，其中隔膜作为最关键的内层组件之一，其主要作用是将电池的正、负极分隔开来，防止正负极直接接触而短路，同时还要使电解质离子能够在电池充放电过程中顺利通过，形成电流。因此，隔膜的性能好坏对电池的容量、循环以及安全性能等特性具有重要影响，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。目前动力电池或者3C类消费电池采用的隔膜通常都是采用湿法工艺进行生产，为了充分保证电池的安全性能，上述隔膜通常都是采用超高分子量聚乙烯为原料，与石蜡油混合后经双螺杆熔融挤出加工制成。但因超高分子量聚乙烯的流动性及加工性能相对较差，且熔融挤出过程中原料(超高分子量聚乙烯)的补料及石蜡油的注射添加均会造成挤出机系统温度和压力的较大波动，从而导致生产所得湿法隔膜的厚度、透气性等物理性能极差较大，严重影响了锂离子电池的性能以及锂离子电池的管理，甚至会影响电池的安全性能，导致安全事故的发生。如，中国专利申请号为2018104903138的申请案公开了一种锂离子电池隔膜的制备方法及锂离子电池，其具体制备工艺为：将超高分子量聚乙烯和高密聚乙烯与添加剂混合均匀；将混合均匀的粉料加入双螺杆挤出机中，加入填充剂混合后，在150～250℃温度下挤出；将挤出的隔膜在10～50℃温度下进行冷却；将冷却后的隔膜进行双向同步拉伸，拉伸时的温度为80～150℃，横向拉伸的倍率为4～12倍，纵向拉伸的倍率为3～10倍；将拉伸后的隔膜萃取、热定型后收卷。该申请案通过采用特定的原材料配合适当的生产工艺，从而可以制备得到孔隙率高、穿刺强度高、离子导电性高的锂离子电池隔膜，但其制备所得隔膜仍不可避免地会存在厚度、透气性等物理性能极差较大的问题。因此，如何制备一种厚度和孔隙率的一致性和均匀性好，且性能稳定的隔膜，对于保证锂离子电池的正常和安全使用具有重要意义。
技术实现思路
1.要解决的问题本专利技术的目的在于克服采用现有湿法隔膜生产工艺生产所得隔膜的厚度、透气性等物理性能极差较大，从而影响锂离子电池性能的发挥，并降低了电池的安全性能的不足，提供了一种湿法隔膜及其生产系统和生产方法。本专利技术通过对现有湿法隔膜生产系统的结构及生产工艺进行优化设计，从而可以有效提高所得隔膜厚度及透气性等物理性能的一致性，进而保证锂离子电池使用性能的稳定性。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：其一，本专利技术的一种湿法隔膜生产系统，包括沿物料或隔膜输送方向依次设置的熔融挤出装置、冷却装置、拉伸装置、萃取装置以及收卷装置，所述的熔融挤出装置包括双螺杆挤出机和单螺杆挤出机，双螺杆挤出机的出料端设有熔体槽，熔体槽经输送泵与单螺杆挤出机的进料口相连，所述铸片冷却装置位于单螺杆挤出机的出料端。更进一步的，所述的双螺杆挤出机包括固体输送区、熔融区、剪切区、混炼区和挤出区，其中固体输送区的温度为50～110℃，熔融区的温度为160～190℃，剪切区和混炼区的温度为190～230℃。更进一步的，所述的单螺杆挤出机包括输送段、压缩段和计量段，其挤出温度为150～220℃。更进一步的，所述的冷却装置采用铸片辊，铸片辊的温度为10～60℃，所述的拉伸装置采用双向拉伸装置。其二，本专利技术的一种湿法隔膜生产方法，包括以下步骤：步骤一、熔融挤出：将超高分子量聚乙烯、稀释剂以及抗氧剂通过双螺杆挤出机进行熔融混合形成均相溶液后输送至熔体槽，然后通过输送泵输送至单螺杆挤出机，经计量挤出形成厚度均一的片材；步骤二、铸片冷却和拉伸：将所得片材经过铸片辊冷却，然后通过双向拉伸装置进行拉伸扩孔；步骤三、萃取、收卷：将拉伸后的多孔薄膜经萃取装置将稀释剂置换出来，然后经过定型设备定型形成性能均一的湿法隔膜，并进行收卷处理。更进一步的，所述超高分子量聚乙烯的分子量为40～300万，其添加比例为20％～40％，稀释剂的添加比例为58％～79％，抗氧剂的添加比例为0.1％～2％。更进一步的，所述抗氧剂优选为四[β-(3.5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，所述的稀释剂为石蜡油或者低沸点(60℃～80℃)的液态烷烃，其中石蜡油的粘度为50～80mpa·s。更进一步的，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为30～150rpm/min，所述单螺杆挤出机采用单层或多层模头。更进一步的，步骤三中片材经铸片辊冷却后形成厚度为500～1500μm厚的膜片，经双向拉伸后得到厚度为4～25μm的均匀薄膜，其中纵向拉伸的倍率为5～8倍，拉伸温度为90～120℃，横向拉伸的倍率为6～9倍，拉伸温度为110～125℃；定型的温度为120～135℃。其三，本专利技术的一种采用上述方法制备得到的湿法隔膜，所述隔膜的厚度为3～20μm、孔径为10～100nm、透气度为50～300s/100ml、孔隙率为20～60％，拉伸强度为100～350Mpa，且其厚度极差小于0.5μm、透气度极差小于30s/100ml。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的一种湿法隔膜生产系统，通过对生产系统的结构进行优化设计，其熔融挤出装置包括双螺杆挤出机和单螺杆挤出机，将超高分子量聚乙烯与稀释剂经双螺杆挤出机熔融混合后输送至熔体槽进行缓冲，然后再经单螺杆挤出机计量挤出，从而可以有效提高熔融挤出部分及整个生产系统的温度及压力稳定性，进而保证所得隔膜厚度及透气度等物理性能的一致性和稳定性，有利于保证锂离子电池的安全使用。(2)本专利技术的一种湿法隔膜生产系统，可有效避免超高分子量聚乙烯加工性差及补料和石蜡油添加对挤出工艺的影响，防止熔体黏度变化较大，从而提高了整个挤出部分物料输送的稳定性，有利于进一步保证熔体片材厚度的一致性及均匀性，进而能够提高隔膜应力分布的均匀性，防止(波浪)变形的发生。(3)本专利技术的一种湿法隔膜生产方法，包括熔融挤出、铸片冷却和拉伸、萃取、收卷工序，其中熔融挤出工序是将超高分子量聚乙烯、石蜡油以及抗氧剂通过双螺杆挤出机进行熔融混合形成均相溶液后输送至熔体槽，然后通过输送泵输送至单螺杆挤出机进行计量挤出，从而可以提高挤出工序温度和压力的稳定性以及物料输送的稳定性，有利于保证挤出片材厚度的一致性和均匀性，进而一方面能够减小最终所得隔膜厚度及透气度等物理性能的极差，另一方面可以有效避免隔膜发生(波浪)变形，因此能够有效保证锂离子电池在后续使用过程中的安全性能。(4)本专利技术的一种湿法隔膜生产方法，隔膜原料混炼过程更均匀稳定，其控制计量更准确，从而能够有效减少所得隔膜产品的缺陷，提高隔膜品质，所得隔膜产品的稳定性更好，因此装配隔膜后的电池性能更优秀，更安全。(5)本专利技术的一种湿法隔膜生产方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿法隔膜生产系统，包括沿物料或隔膜输送方向依次设置的熔融挤出装置、冷却装置、拉伸装置、萃取装置以及收卷装置，其特征在于：所述的熔融挤出装置包括双螺杆挤出机和单螺杆挤出机，双螺杆挤出机的出料端设有熔体槽，熔体槽经输送泵与单螺杆挤出机的进料口相连，所述铸片冷却装置位于单螺杆挤出机的出料端。/n

【技术特征摘要】
1.一种湿法隔膜生产系统，包括沿物料或隔膜输送方向依次设置的熔融挤出装置、冷却装置、拉伸装置、萃取装置以及收卷装置，其特征在于：所述的熔融挤出装置包括双螺杆挤出机和单螺杆挤出机，双螺杆挤出机的出料端设有熔体槽，熔体槽经输送泵与单螺杆挤出机的进料口相连，所述铸片冷却装置位于单螺杆挤出机的出料端。


2.根据权利要求1所述的一种湿法隔膜生产系统，其特征在于：所述的双螺杆挤出机包括固体输送区、熔融区、剪切区、混炼区和挤出区，其中固体输送区的温度为50～110℃，熔融区的温度为160～190℃，剪切区和混炼区的温度为190～230℃。


3.根据权利要求1所述的一种湿法隔膜生产系统，其特征在于：所述的单螺杆挤出机包括输送段、压缩段和计量段，其挤出温度为150～220℃。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种湿法隔膜生产系统，其特征在于：所述的冷却装置采用铸片辊，铸片辊的温度为10～60℃，所述的拉伸装置采用双向拉伸装置。


5.一种湿法隔膜生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、熔融挤出：
将超高分子量聚乙烯、稀释剂以及抗氧剂通过双螺杆挤出机进行熔融混合形成均相溶液后输送至熔体槽，然后通过输送泵输送至单螺杆挤出机，经计量挤出形成厚度均一的片材；
步骤二、铸片冷却和拉伸：
将所得片材经过铸片辊冷却，然后通过双向拉伸装置进行拉伸扩孔；
步骤三、萃取、收卷：
将拉伸后的多孔薄膜经萃取装置将稀释剂置换出来，然后经过定型...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓豪，晋沛沛，张杰，
申请(专利权)人：安徽新衡新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34