一种燃料电池仿生隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种燃料电池仿生隔膜及其制备方法。具体为在常规制备双向拉伸PP或PE电池隔膜的工艺流程基础上，在收卷步骤前增加一项压纹步骤，可以在不改变隔膜材料厚度的同时，通过压纹机在隔膜上压制成不同形状、不同大小的纹路，增大隔膜材料的比表面积，能够在不改变其他技术参数的情况下，增加电子通透率。本申请的技术方案不但能增加充电速度、提高电导率，还能减少相同面积上的材料重量、节约成本，能够解决现有技术中在隔膜厚度上无法突破的技术障碍，提供一种提高电池隔膜通透性的新思路。的新思路。的新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池仿生隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池制造
，特别涉及一种燃料电池仿生隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]电池隔膜是指在电池正极和负极之间的一层隔膜材料，用于隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过，而让电解液中的离子在正负极之间自由通过。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、循环性以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
[0003]根据不同的物理、化学特性，锂电池隔膜材料可以分为：织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜等几类。聚烯烃材料具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点，因此聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃微孔膜在锂电池研究开发初期便被广泛使用，现今聚乙烯、聚丙烯微孔膜仍为主要的锂电池隔膜材料。
[0004]电池隔膜材料的制备工艺通常分为湿法工艺或者干法工艺，湿法工艺包含如下工序：原料储存及输送
→
投料配料
→
熔融挤出
→
过滤计量
→
铸片冷却
→
双向拉伸
→
牵引、切边、测厚
→
收卷；干法工艺包含如下工序：原料储存及输送
→
投料配料
→
熔融挤出
→
流延铸片
→
热处理
→
双向拉伸
→
牵引、切边、测厚
→
收卷。
[0005]目前电池的技术竞争集中在如何以最小的质量达到最大的电性能，以及如何快速充电上。所以在保证隔膜的强度下，为提高离子通透性的目的，大部分厂家的解决方案都是将隔膜的厚度做得越来越薄。但不管是湿法工艺还是干法工艺，其厚度总归达到极限，也会影响到强度，并没有一个完美的解决办法。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种燃料电池仿生隔膜及其制备方法。针对上述电池隔膜厚度存在极限，无法突破技术瓶颈的问题，提供另一种技术方案，在不改变电池隔膜厚度的同时，提高电池的离子通透率，可以增加充电速度，也能减少材料重量。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]本申请以食草类动物的网胃内壁网状皱襞结构为出发点，设想将其结构应用于燃料电池隔膜上，期望能够在保证隔膜整体厚度、强度的同时，增大隔膜网状褶皱的比表面积，从而增加隔膜的导电率。
[0009]一种燃料电池仿生隔膜，所述燃料电池仿生隔膜的表面具有压纹，以提高电池隔膜的电子通透性；现有技术的竞争主要集中在将隔膜的厚度做得越来越薄，但不管是湿法还是干法工艺，其厚度总归达到极限，也会影响到强度，最终的收益很小；本申请从另一角度提供一种燃料电池仿生隔膜及其制备方法的新思路。
[0010]在一些实施方案中，所述电池隔膜可为PP膜或PE膜，其制备方法可为干法工艺或湿法工艺。
[0011]在一些实施方案中，所述压纹不限具体形式，可以为菱形、正方形、三角形、圆形中
的一种或多种组合，也可以为波浪纹、直线纹、折线纹、斑马纹中的一种或多种组合。
[0012]在一些实施方案中，所述压纹还可以平铺、拉伸或交错的置于电池隔膜的表面上，具体情况视压膜机的实际情况而定。
[0013]在一些实施方案中，所述压纹之间为连续或具有间隔；其中，所述连续为两个相邻压纹图案具有公共边；实际上，本申请的技术方案并不拘泥于压纹的形式；目的是通过压纹增加电池隔膜的比表面积，达到提高离子透过率的作用。
[0014]在一些实施方案中，所述压纹具有一定深度，深度范围为隔膜厚度的5％～60％；如果压纹深度太小，虽然也会提高隔膜的离子通透率，但效果并不明显，如果压纹深度太大，虽然会明显提高隔膜的离子通透率，但也会影响隔膜的质量，降低其拉伸强度和抗击穿能力，不仅降低使用寿命，也不能保证使用安全。
[0015]优选地，所述压纹的深度为隔膜厚度的60％，在保证隔膜质量的基础上，最大化的提高单位时间内通过隔膜的电荷量。
[0016]在另一方面，本申请还提供一种燃料电池仿生隔膜的制备方法，具体为在普通生产电池隔膜工艺流程的收卷步骤前，将隔膜置于压膜机中，加热，使电池隔膜表面上印上压纹，再收卷入库，得到所述的燃料电池仿生隔膜。
[0017]在一些实施方案中，所述加热温度低于电池隔膜材料熔融温度10～20℃，以便于将材料表面进行熔融压纹，并且不会将隔膜材料整个熔化。
[0018]在一些实施方案中，所述压膜机压纹压力设置在0.3～0.4MPa，同时配合低于电池隔膜材料熔融温度10～20℃的压膜温度，有利于纹路成型，并且能够同时保证隔膜的拉伸性能和抗穿刺性能。
[0019]有益效果：
[0020]本专利技术在常规制备PP或PE电池隔膜的工艺流程的基础上，在收卷步骤前增加一步压纹步骤，可以在不改变隔膜材料厚度的同时，通过压纹机加热在隔膜上压制成不同形状、不同大小的纹路，增大隔膜材料的比表面积，能够在不改变其他技术参数的情况下，增加离子通透率。本申请的技术方案不但能增加充电速度、提高电导率，也能减少相同面积上的材料重量、节约成本，能够解决现有技术中在隔膜厚度上无法突破的技术障碍，提供一种提高电池隔膜通透性的新思路。
附图说明
[0021]以下结合附图进一步说明本专利技术：
[0022]图1为本申请技术方案的工艺流程图；
[0023]图2为本申请实施例1制备所得的燃料电池仿生隔膜的产品图。
具体实施方式
[0024]以下将结合具体实施方案来说明本专利技术。需要说明的是，下面的实施例为本专利技术的示例，仅用来说明本专利技术，而不用来限制本专利技术。在不偏离本专利技术主旨或范围的情况下，可进行本专利技术构思内的其他组合和各种改良。
[0025]本专利技术以下实施例所采用的原料均为市售成品，实施例中所采用双向拉伸聚丙烯(BOPP)膜的生产原料为PP与助剂，所述PP为质量分数97％的等规PP与质量分数3％的无规
PP的混合物，均购于余姚泰美塑化有限公司；所述助剂包括抗氧化剂1010，含量为1000ppm；所述助剂还包括增塑剂硬脂酸钙，含量为1000ppm。
[0026]双拉伸BOPP薄膜的生产过依次为：投料、挤出机熔融挤出、铸片、冷却定形、测量厚度、双向拉伸、牵引切边、收卷、分切包装、入库。隔膜双拉生产线主要由挤出系统、铸片机、纵拉机(MDO)、横拉机(TDO)、牵引机及收卷机几部分组成，各部分的主要功能及技术参数如下，其余未提及步骤按照常规现有技术进行处理。
[0027]挤出机采用单螺杆挤出机，结构合理，塑化均匀，不结碳，压缩比25，模头为单层衣架式T型自动模头；
[0028]纵拉机型式为垂直单点拉伸，预热辊4根，拉伸辊4根，定型辊1根，压辊4根，张力辊2根，辊表面粗糙度Ra<0.025mm，采用电加热热油循环；
[0029]横拉机进口宽度1000mm～1500mm，出口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池仿生隔膜，其特征在于，所述燃料电池仿生隔膜的表面具有压纹。2.根据权利要求1所述的燃料电池仿生隔膜，其特征在于，所述电池隔膜为双向拉伸的PP膜或PE膜。3.根据权利要求1所述的燃料电池仿生隔膜，其特征在于，所述压纹为菱形、正方形、三角形、圆形中的一种或多种组合。4.根据权利要求1或3所述的燃料电池仿生隔膜，其特征在于，所述压纹可以平铺、拉伸或交错的印于电池隔膜的表面上。5.根据权利要求1或3所述的燃料电池仿生隔膜，其特征在于，所述压纹之间相互连续或具有间隔；其中，所述连续为两个相邻压纹图案具有公共边。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭伟，刘团治，
申请(专利权)人：陈旭伟，
类型：发明
国别省市：