一种间位芳纶隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种间位芳纶隔膜的制备方法，包括以下步骤：通过间苯二胺、间苯二甲酰氯、氢氧化钙在二甲基乙酰胺中进行反应，得到间位芳纶溶液；将间位芳纶溶液与碳酸二甲酯混合均匀，并调节粘度至25000～30000mpa.s，得到间位芳纶浆料；将间位芳纶浆料挤出得到铸片，对铸片进行横向拉伸，得到膈膜前体；将膈膜前体进行竖向拉伸，得到隔膜半成品；将隔膜半成品进行萃取固化，烘干收卷，得到间位芳纶隔膜。本发明专利技术在间位芳纶的合成过程中加入相当量的氢氧化钙，形成间位芳纶溶液中的钙盐体系，提高间位芳纶的分子量，增加其浆料的粘度和韧性；制膜过程中进行横向竖向拉伸，使浆料均匀成膜，萃取固化时的内应力减小，膜内部造孔均匀，显著提高隔膜的耐高温性能。

【技术实现步骤摘要】
一种间位芳纶隔膜及其制备方法
本专利技术涉及锂电池隔膜
，尤其涉及一种间位芳纶隔膜及其制备方法。
技术介绍
传统的PE锂电池隔膜的耐高温性能较差，不利于锂电池的安全性能。芳纶具有非常好的耐热性，传统的间位芳纶通过涂覆在PP或者PE隔膜上来提高隔膜的耐热性，但是缺点就是由于基膜不耐高温，导致隔膜在高温下形变使芳纶涂层松散而失去耐高温性能，不能使芳纶的耐高温性能最大化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种间位芳纶隔膜的制备方法。本专利技术的里一个目的是提供上述制备方法获得的间位芳纶隔膜。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。一种间位芳纶隔膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：通过间苯二胺、间苯二甲酰氯、氢氧化钙在二甲基乙酰胺中进行反应，得到间位芳纶溶液；在步骤1中，所述氢氧化钙用于中和反应体系中生成的氯化氢，中和后生成的氯化钙形成间位芳纶溶液中的钙盐体系，从而提高间位芳纶的分子量；在步骤1中，在氮气保护条件下，将间苯二胺充分溶解于二甲基乙酰胺中，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液降温至0～5℃后，向所述第一混合溶液中加入间苯二甲酰氯，混合均匀，得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液逐渐升温至70～90℃后，向所述第二混合溶液中加入氢氧化钙，混合均匀，得到间位芳纶溶液；其中，在所述间位芳纶溶液中，二甲基乙酰胺的质量分数为50～60wt％，间苯二胺和间苯二甲酰氯二者总的质量分数为35～40wt％且二者的摩尔质量比为1:1，氢氧化钙的质量分数为5～10wt％；在步骤1中，通过35～40r/min搅拌20～25min使间苯二胺充分溶解；通过35～40r/min搅拌20～25min使间苯二甲酰氯与第一混合溶液混合均匀，然后持续搅拌直至第二混合溶液逐渐升温至70～90℃，升温速率为1～3℃/min；通过35～40r/min搅拌30～35min使氢氧化钙与第二混合溶液混合均匀。步骤2：将步骤1得到的间位芳纶溶液与碳酸二甲酯混合均匀，并调节粘度至25000～30000mpa.s，得到间位芳纶浆料；在步骤2中，将步骤1得到的间位芳纶溶液降温至40～50℃后，向所述间位芳纶溶液中加入碳酸二甲酯，混合均匀，得到第三混合溶液；测定所述第三混合溶液的粘度，并用二甲基乙酰胺调节所述第三混合溶液的粘度，得到间位芳纶浆料；其中，在所述间位芳纶浆料中，步骤1得到的间位芳纶溶液的质量分数为80～95wt％，碳酸二甲酯的质量分数为5～20wt％，余量是为了调节所述第三混合溶液的粘度而加入的二甲基乙酰胺；在步骤2中，通过35～40r/min搅拌30～40min使所述间位芳纶溶液与碳酸二甲酯混合均匀。步骤3：将步骤2得到的间位芳纶浆料挤出得到铸片，对铸片进行横向拉伸，得到膈膜前体；在步骤3中，所述间位芳纶浆料首先35～40r/min搅拌40min，然后被均匀挤出得到铸片，挤出速率为300～500ml/min；在步骤3中，所述横向拉伸通过在同一水平面上依次间隔平行设置的接收辊、缓冲辊、第一横拉辊和第二横拉辊进行，所述间位芳纶浆料被垂直向下挤出到接收辊上得到铸片；所述接收辊和缓冲辊的线速度相等且均为10～15m/min，所述第一横拉辊的线速度为20～30m/min，所述第二横拉辊的线速度为40～60m/min；所述接收辊、缓冲辊、第一横拉辊和第二横拉辊的转动方向相同，且用于将所述铸片从接收辊传送到第二横拉辊；在步骤3中，被挤出到接收辊上的铸片的宽度为400～500mm，厚度为200～400μm；横向拉伸后得到的膈膜前体的宽度为400～500mm，长度为20～30m，厚度为100～200μm；其中，横向拉伸的拉伸方向与铸片的长度方向一致。步骤4：将步骤3得到的膈膜前体进行竖向拉伸，得到隔膜半成品；在步骤4中，所述竖向拉伸通过在隔膜前体两侧边缘对称设置的一对竖拉咬轮进行，所述竖拉咬轮为边缘有密集的咬齿的椭圆形，且所述竖拉咬轮的椭圆形的长轴与隔膜前体的前进方向呈25～45°夹角；所述咬齿通过链条带动沿椭圆形的边缘转动，且所述咬齿的线速度为40～60m/min；所述竖拉咬轮包括沿隔膜前体前进方向间隔设置的至少2对；在步骤4中，所述竖拉咬轮包括沿隔膜前体的前进方向间隔设置的2对，竖向拉伸后得到的隔膜半成品的长度为20～30m，宽度为800～1000mm，厚度为12～25μm；其中，竖向拉伸的拉伸方向与隔膜前体的宽度方向一致。步骤5：将步骤4得到的隔膜半成品进行萃取固化，烘干收卷，得到间位芳纶隔膜；在步骤5中，萃取通过下述步骤进行：把萃取槽分10～15个小槽，槽深1～1.3m，前三槽中为依次为质量百分比浓度为60～65wt％、45～50wt％、10～15wt％的二甲基乙酰胺去离子水溶液，形成凝固浴，剩余槽中均为去离子水，让隔膜半成品上下穿过每个槽，依次经过三种不同浓度的凝固浴、去离子水萃取；在步骤5中，烘干通过以下四个阶段进行：第一阶段的烘干温度为40～45℃，排风频率为13～15HZ，进风频率为14～16HZ，烘干时间为4～6s；第二阶段的烘干温度为50～55℃，排风频率为15～17HZ，进风频率为16～18HZ，烘干时间为4～6s；第三阶段的烘干温度为60～65℃，排风频率为15～17HZ，进风频率为16～18HZ，烘干时间为4～6s；第四阶段的烘干温度为60～65℃，排风频率为15～17HZ，进风频率为16～18HZ，烘干时间为4～6s。通过上述方法获得的间位芳纶隔膜。与现有技术相比，本专利技术在间位芳纶的合成过程中加入了相当量的氢氧化钙，不仅可以中和反应过程中产生的氯化氢，同时中和后生成的氯化钙可形成间位芳纶溶液中的钙盐体系，从而提高间位芳纶的分子量，增加其浆料的粘度和韧性，使其在拉扯制膜过程中不易断裂；另外，制膜过程中采用横拉竖拉方式，使间位芳纶均匀成膜，萃取固化时可减小间位芳纶本身内应力，从而避免产生褶皱、厚度不匀等缺陷，使膜内部造孔均匀，显著提高了隔膜的耐高温性能，增强了隔膜的安全性能。附图说明图1是本专利技术间位芳纶隔膜的横向拉伸示意图；图2是本专利技术间位芳纶隔膜的竖向拉伸示意图；图3是本专利技术实施例1制得间位芳纶隔膜的扫描电镜照片；图4是对比例1制得的PE隔膜的扫描电镜照片。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术具体实施方式中使用的相关仪器设备如下：双行星搅拌机，型号HY-DLH43L，广州红尚机械科技有限公司；德国Mahr马尔全自动薄膜测厚仪，型号C1216M-AT；日本AsahiSeiko旭精工透气仪，型号EG01-55-1MR；薄膜热缩性能测试仪，型号C631H。本专利技术具体实施方式中使用的相关药品如下：二甲基乙酰胺，纯度99.5％，天津市恒星化学试剂制造有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间位芳纶隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：通过间苯二胺、间苯二甲酰氯、氢氧化钙在二甲基乙酰胺中进行反应，得到间位芳纶溶液；/n步骤2：将步骤1得到的间位芳纶溶液与碳酸二甲酯混合均匀，并调节粘度至25000～30000mpa.s，得到间位芳纶浆料；/n步骤3：将步骤2得到的间位芳纶浆料挤出得到铸片，对铸片进行横向拉伸，得到膈膜前体；/n步骤4：将步骤3得到的膈膜前体进行竖向拉伸，得到隔膜半成品；/n步骤5：将步骤4得到的隔膜半成品进行萃取固化，烘干收卷，得到间位芳纶隔膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种间位芳纶隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：通过间苯二胺、间苯二甲酰氯、氢氧化钙在二甲基乙酰胺中进行反应，得到间位芳纶溶液；
步骤2：将步骤1得到的间位芳纶溶液与碳酸二甲酯混合均匀，并调节粘度至25000～30000mpa.s，得到间位芳纶浆料；
步骤3：将步骤2得到的间位芳纶浆料挤出得到铸片，对铸片进行横向拉伸，得到膈膜前体；
步骤4：将步骤3得到的膈膜前体进行竖向拉伸，得到隔膜半成品；
步骤5：将步骤4得到的隔膜半成品进行萃取固化，烘干收卷，得到间位芳纶隔膜。


2.根据权利要求1所述的间位芳纶隔膜的制备方法，其特征在于，在步骤1中，在氮气保护条件下，将间苯二胺充分溶解于二甲基乙酰胺中，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液降温至0～5℃后，向所述第一混合溶液中加入间苯二甲酰氯，混合均匀，得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液逐渐升温至70～90℃后，向所述第二混合溶液中加入氢氧化钙，混合均匀，得到间位芳纶溶液；其中，在所述间位芳纶溶液中，二甲基乙酰胺的质量分数为50～60wt％，间苯二胺和间苯二甲酰氯二者总的质量分数为35～40wt％且二者的摩尔质量比为1:1，氢氧化钙的质量分数为5～10wt％。


3.根据权利要求2所述的间位芳纶隔膜的制备方法，其特征在于，在步骤1中，通过35～40r/min搅拌20～25min使间苯二胺充分溶解；通过35～40r/min搅拌20～25min使间苯二甲酰氯与第一混合溶液混合均匀，然后持续搅拌直至第二混合溶液逐渐升温至70～90℃，升温速率为1～3℃/min；通过35～40r/min搅拌30～35min使氢氧化钙与第二混合溶液混合均匀。


4.根据权利要求1所述的间位芳纶隔膜的制备方法，其特征在于，在步骤2中，将步骤1得到的间位芳纶溶液降温至40～50℃后，向所述间位芳纶溶液中加入碳酸二甲酯，混合均匀，得到第三混合溶液；测定所述第三混合溶液的粘度，并用二甲基乙酰胺调节所述第三混合溶液的粘度，得到间位芳纶浆料；其中，在所述间位芳纶浆料中，步骤1得到的间位芳纶溶液的质量分数为80～95wt％，碳酸二甲酯的质量分数为5～20wt％，余量是为了调节所述第三混合溶液的粘度而加入的二甲基乙酰胺。


5.根据权利要求4所述的间位芳纶隔膜的制备方法，其特征在于，在步骤2中，通过35～40r/min搅拌30～40min使所述间位芳...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁海朝，徐锋，李腾，苏碧海，
申请(专利权)人：河北金力新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13