一種新型耐高溫鋰電池隔膜及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種新型耐高溫鋰電池隔膜及其制備工藝，屬于電池隔膜領域。其解決了現有技術中采用濕法工藝制備得到的鋰電池隔膜熔斷溫度低的問題。本發明耐高溫鋰電池隔膜，采用濕法工藝制備得到，隔膜包括內層、中間層和外層，內層和外層是由聚乙烯和白油為原料制備而成；中間層是由聚乙烯、白油和納米無機氧化物為原料制備而成；該制備工藝依次包括：配料-擠出-模頭復合-鑄片冷卻成型-雙向同步拉伸-萃取干燥-橫拉擴幅-熱定型，經檢測，該工藝制備得到的隔膜熔斷溫度比單獨PE成分隔膜的熔斷溫度高50～70℃。
【專利說明】一種新型耐高溫鋰電池隔膜及其制備工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于電池隔膜領域，具體涉及一種耐高溫鋰電池隔膜及其制備工藝。
【背景技術】
[0002]隔膜是電池重要的原材料之一，其作用是將正極與負極材料隔開，容許離子通過，阻止電子通過，鋰電池隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使電池的正、負極分隔開來，防止兩極接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。
[0003]隨著鋰離子電池的不斷發展，尤其是在動力汽車和大容量儲能電池方面，為了能夠實現高倍率快速放電而對鋰電池隔膜提出了更高的要求，既希望隔膜具有較高的孔隙率及通孔，又對耐高溫性能提出了更高的要求，為保證安全性，鋰電池隔膜通常要求閉孔溫度較低和熔斷溫度較高，而目前以濕法工藝制備的鋰電池隔膜通常情況下閉孔溫度和熔斷溫度均較低，滿足不了耐高溫的性能。
【發明內容】
[0004]為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提出了一種新型耐高溫鋰電池隔膜及其制備工藝，采用三層共擠的濕法工藝制備得到的鋰電池隔膜，其熔斷溫度比單獨PE成分的隔膜高50?70°C。
[0005]本發明的任務之一是提供一種新型耐高溫鋰電池隔膜，其技術方案包括:
[0006]一種新型耐高溫鋰電池隔膜，所述隔膜采用濕法工藝制備得到，所述隔膜包括內層、中間層和外層，所述內層和外層是由聚乙烯和白油為原料制備而成；所述中間層是由聚乙烯、白油和納米無機氧化物為原料制備而成；所述隔膜的熔斷溫度比單獨PE成分隔膜的熔斷溫度高50?70°C。
[0007]本發明的任務之二是提供上述新型耐高溫鋰電池隔膜的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0008]a配料步驟:內層、外層配料:按照聚乙烯與白油的重量比為3/17:1進行充分混合，得到混合物A ;中間層的配料:按照聚乙烯、白油和納米無機氧化物的重量比為3/17:1:1/20進行充分混合，得到混合物B ；
[0009]b擠出、復合成型步驟:將混合物A通過雙螺桿擠出機一得到混合物A均勻高溫熔體；將混合物B通過雙螺桿擠出機二得到混合物B均勻高溫熔體；熔體A和熔體B分別經熔體泵按照重量百分比內層10%:中間層80%:外層10%準確計量后進入三層擠出模頭中復合成型；
[0010]C鑄片、冷卻定型步驟:從模頭狹縫口流出的高溫熔體依次經過溫度分別為50°C、40°C、30°C、30°C的四個激冷輥后得到組成為A/B/A的擠出鑄片；
[0011]d雙向同步拉伸步驟:組成為A/B/A的擠出鑄片進入雙向同步拉伸機得到縱拉比為5倍，橫拉比為5倍含油薄膜；
[0012]e萃取干燥步驟:拉伸后的含油薄膜進入萃取槽，采用二氯甲烷萃取劑將薄膜中的白油萃取出來，含二氯甲烷的薄膜經過熱輥干燥后將二氯甲烷揮發除去得到三層隔膜初級產物，熱輥溫度為35°C ；
[0013]f橫拉擴幅步驟:得到的三層隔膜初級產物經過橫拉機后到擴幅后的三層隔膜；
[0014]g在線收卷步驟:擴幅后的三層隔膜經高溫熱定型裝置后去除隔膜內部的熱應力，去除應力后的三層隔膜經在線收卷機卷繞得到最終的產品。
[0015]作為本發明的一個優選方案，上述步驟d中，含油薄膜的預熱溫度為110°C，拉伸溫度為125°C，冷卻定型溫度為30°C。
[0016]作為本發明的另一個優選方案，上述步驟f中，橫拉機的橫拉比為1.2倍，橫拉機溫度為120°C。
[0017]更進一步的，上述步驟g中，熱定型溫度為135°C。
[0018]步驟e中，熱輥溫度為35°C。
[0019]本發明所帶來的有益技術效果:
[0020]本發明提出了一種耐高溫鋰電池隔膜及其制備方法，其采用三層共擠的濕法工藝制備鋰電池隔膜，該鋰電池隔膜以聚乙烯作為原料樹脂，白油作為溶劑，二氯甲烷作為萃取齊U，本專利在制備隔膜的內層和外層時采用聚乙烯與白油的混合物A作為原料；在制備中間層時首先是將白油與耐高溫的添加納米無機氧化物充分混合，然后將上述的混合物再與聚乙烯粉末充分混合，得到的最終混合物B，A與B同時經過雙螺桿擠出機、擠出模頭和冷卻裝置得到A/B/A組成的擠出鑄片，鑄片經過雙向同步拉伸、萃取干燥、橫拉擴幅及熱定型得到組成為PE/PE+納米無機氧化物/PE的鋰離子電池隔膜，采用此方法得到的鋰電池隔膜的熔斷溫度比單獨PE成分的隔膜高50?70°C。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合【具體實施方式】對本發明做進一步清楚、完整的說明:
[0022]本發明所選原料均可通過商業渠道購買得到，下面對本發明部分所選原料的性質做如下說明:
[0023]白油:比重小于I閃點130 (°C)，40°C運動粘度4-5 (cSt)，傾點_5 (°C)，高度精煉產品，無色、無味，無毒；
[0024]聚乙烯:是乙烯經聚合制得的一種熱塑性樹脂，在工業上，也包括乙烯與少量α -烯烴的共聚物，聚乙烯無臭、無毒、手感似臘，具有優良的耐低溫性能，化學穩定性好，耐大多數酸堿的侵蝕，常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，電絕緣性能優；本發明聚乙烯包括分子量為100?150萬的超聞分子量聚乙烯與分子量低于100萬的聞密度聚乙烯；
[0025]納米無機氧化物:可以為三氧化二鋁、二氧化硅、氧化鈣或氧化鋅。
[0026]實施例1:
[0027]本發明，一種新型耐高溫鋰電池隔膜的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0028]步驟1:配料步驟:先配置混合物Α，混合物A作為制備本發明鋰電池隔膜的內層和外層所需原料:
[0029]稱取20Kg的UHMWPE粉，稱取113.3Kg白油，將白油與UHMWPE粉一同倒入攪拌釜內進行充分攪拌，攪拌器為雙螺帶形式，得到混合物A備用；
[0030]配置混合物B，混合物B作為制備本發明鋰電池隔膜的中間層所需原料:
[0031]稱取40Kg的UHMWPE粉，2Kg三氧化二鋁粉末，226.6Kg白油，將稱取好的UHMWPE粉、三氧化二鋁粉末和白油一同倒入攪拌釜內進行充分攪拌，攪拌器形式為高剪切乳化頭，得到混合物B備用；
[0032]步驟2:擠出、復合成型步驟:混合物A通過直徑為35mm，長徑比為52，溫度為2000C的雙螺桿擠出機一得到混合物A均勻高溫熔體；混合物B通過直徑為96_，長徑比為52，溫度為200°C的雙螺桿擠出機二得到混合物B均勻高溫熔體，兩種高溫熔體分別經熔體泵按照最終隔膜產品中三層之間的重量百分比例10%:80%:10%準確計量后進入三層擠出模頭中復合成型；
[0033]步驟3:鑄片、冷卻定型步驟:從模頭狹縫口流出的高溫熔體依次經過溫度分別為50°C、40°C、30°C、3(rC的四個激冷輥后得到組成為A/B/A的擠出鑄片；
[0034]步驟4:雙向同步拉伸步驟:組成為A/B/A的擠出鑄片進入雙向同步拉伸機得到縱拉比為5倍，橫拉比為5倍含油薄膜，預熱溫度為110°C，拉伸溫度125°C，冷卻定型溫度為30 0C ；
[0035]步驟5:萃取干燥步驟:拉伸后的含油薄膜進入萃取槽，采用二氯甲烷萃取劑將薄膜中的白油萃取出來，萃取溫度為20°C ;出萃取槽的含二氯甲烷的薄膜經過熱輥干燥后將二氯甲烷揮發除去得到三層隔膜初級產物，熱輥溫度為35°C ；
[0036]步驟6:橫拉擴幅步驟:得到的三層隔膜初級產物經過橫拉機后到擴幅后的三層隔膜，橫拉機的橫拉比為1.2倍，橫拉機溫度為120°C ；
[0037]步驟7:在線收卷步驟:擴幅后的三層隔膜經高溫熱定型裝置后去除隔膜內部的熱應力，熱定型溫度135°C，去除應力后的三層隔膜經在線收卷機卷繞得到最終的產品。
[0038]按照上述步驟I至步驟7制備得到的鋰電池隔膜，包括內層、中間層和外層，內層和外層是由聚乙烯和白油為原料制備而成；中間層是由聚乙烯、白油和納米無機氧化物為原料制備而成，經檢測，該鋰電池隔膜的熔斷溫度為210°C，其熔斷溫度比單獨PE成分的隔膜高70°C。
[0039]實施例2:
[0040]與實施例1不同之處在于:
[0041]步驟3中的冷卻定型步驟:從模頭狹縫口流出的高溫熔體經過冷水浴后得到組成為A/B/A的擠出鑄片。
[0042]本實施例制備得到的鋰電池隔膜，經檢測，該鋰電池隔膜的熔斷溫度為195°C，其熔斷溫度比單獨PE成分的隔膜高60°C。
[0043]實施例3:
[0044]與實施例1不同之處在于:
[0045]步驟I中納米無機物選用的是二氧化硅，步驟5中的熱輥溫度為20°C。
[0046]本實施例制備得到的鋰電池隔膜，經檢測，該鋰電池隔膜的熔斷溫度為190°C，其熔斷溫度比單獨PE成分的隔膜高55°C。
[0047]實施例4:
[0048]與實施例1不同之處在于:[0049]步驟I中納米無機物選用的是氧化鈣，步驟5中的熱輥溫度為40°C。
[0050]本實施例制備得到的鋰電池隔膜，經檢測，該鋰電池隔膜的熔斷溫度為185°C，其熔斷溫度比單獨PE成分的隔膜高50°C。
[0051]需要說明的是，在本說明書的教導下本領域技術人員所做出的任何等同方式，或明顯變型方式均應在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種新型耐高溫鋰電池隔膜，所述隔膜采用濕法工藝制備得到，所述隔膜包括內層、中間層和外層，其特征在于:所述內層和外層是由聚乙烯和白油為原料制備而成；所述中間層是由聚乙烯、白油和納米無機氧化物為原料制備而成；所述隔膜的熔斷溫度比單獨PE成分隔膜的熔斷溫度高50?70°C。
2.根據權利要求1所述的一種新型耐高溫鋰電池隔膜的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: a配料步驟:內層、外層配料:按照聚乙烯與白油的重量比為3/17:1進行充分混合，得至IJ混合物A ;中間層的配料:按照聚乙烯、白油和納米無機氧化物的重量比為3/17:1:1/20進行充分混合，得到混合物B ； b擠出、復合成型步驟:將混合物A通過雙螺桿擠出機一得到混合物A均勻高溫熔體；將混合物B通過雙螺桿擠出機二得到混合物B均勻高溫熔體；熔體A和熔體B分別經熔體泵按照重量百分比內層10%:中間層80%:外層10%準確計量后進入三層擠出模頭中復合成型； c鑄片、冷卻定型步驟:從模頭狹縫口流出的高溫熔體依次經過溫度分別為5 (TC、40°C、30°C、30°C的四個激冷輥后得到組成為A/B/A的擠出鑄片； d雙向同步拉伸步驟:組成為A/B/A的擠出鑄片進入雙向同步拉伸機得到縱拉比為5倍，橫拉比為5倍含油薄膜； e萃取干燥步驟:拉伸后的含油薄膜進入萃取槽，采用二氯甲烷萃取劑將薄膜中的白油萃取出來，含二氯甲烷的薄膜經過熱輥干燥后將二氯甲烷揮發除去得到三層隔膜初級產物，熱輥溫度為20?40°C ； f橫拉擴幅步驟:得到的三層隔膜初級產物經過橫拉機后到擴幅后的三層隔膜；g在線收卷步驟:擴幅后的三層隔膜經高溫熱定型裝置后去除隔膜內部的熱應力，去除應力后的三層隔膜經在線收卷機卷繞得到鋰電池隔膜。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述步驟d中，含油薄膜的預熱溫度為110°c，拉伸溫度為125°C，冷卻定型溫度為30°C。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述步驟f中，橫拉機的橫拉比為1.2倍，橫拉機溫度為120°C。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于:所述步驟g中，熱定型溫度為135°C。
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于:所述步驟e中，熱輥溫度為35°C。
【文檔編號】B32B27/32GK103618054SQ201310552924
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】任富忠, 丁交通, 王志凱, 趙建敏, 姚麗萍, 郅立鵬, 陳繼朝 申請人:青島中科華聯新材料有限公司