采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其是以聚乙烯作為原料樹脂，白油作為溶劑，二氯甲烷作為萃取劑，三氧化二鋁作為陶瓷基材，依次經(jīng)過配料——擠出——過濾計量——模頭擠出——鑄片冷卻成型——雙向拉伸——萃取干燥——橫拉擴幅——熱定型——陶瓷涂覆——烘箱去水——在線收卷來制得高孔隙率鋰電池隔膜，本發(fā)明通過控制熱定型的工藝，以降低此工藝過程中的閉孔程度來提高隔膜基材的孔隙率，并且在熱定型工藝后直接進行陶瓷涂覆，通過陶瓷涂覆來降低隔膜的熱收縮率，避免了常規(guī)的分步制備工藝中高孔隙率隔膜在存放過程中由于熱應(yīng)力的釋放造成的隔膜厚度及性能的變化，同時也降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電池隔膜領(lǐng)域，具體涉及一種采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的 生產(chǎn)工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池作為高能量電源，其應(yīng)用范圍不斷拓展，已廣泛應(yīng)用于便攜式電子裝 置、電動工具、電動汽車、儲能電站等領(lǐng)域隔膜是電池重要的原材料之一，因此，鋰離子電池 的安全性問題一直備受關(guān)注。隔膜作為鋰離子電池中重要的一部分，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(jié)構(gòu)、內(nèi) 阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)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(zhì)離子通過的功能。
[0003] 目前市場上在售的鋰電池隔膜的孔隙率一般均在40%左右，目前納米陶瓷涂覆隔 膜已經(jīng)逐漸成為開發(fā)的熱點，但是陶瓷涂層的增加會使隔膜的孔隙率降低，而隔膜的孔隙 率的高低將直接影響鋰電池的內(nèi)阻以及比容量的大小，現(xiàn)有技術(shù)中陶瓷涂覆鋰電池隔膜的 孔隙率還有待提1?。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了進一步提高陶瓷涂覆隔膜的孔隙率，降低鋰離子電池的內(nèi)阻及提高鋰離子電 池的比容量，本發(fā)明提出了一種采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝，該生產(chǎn) 工藝采用一步法直接制備陶瓷涂覆的鋰離子電池隔膜，通過控制拉伸工藝及熱定型工藝來 控制隔膜基材的孔隙率，通過陶瓷涂覆來降低隔膜的熱收縮率，直接制備得到陶瓷涂覆的 高孔隙率鋰電池隔膜。
[0005] 其技術(shù)方案包括：
[0006] 一種采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：
[0007] a、配料混合：稱取聚乙烯粉末和白油并將其混合均勻，得到混合物A，所述聚乙烯 粉末與白油的重量比為1:2?5. 5 ;
[0008] b、擠出、過濾計量：將步驟a中的混合物A經(jīng)過擠出機得到高溫熔體，所述高溫熔 體經(jīng)準(zhǔn)確計量后送入模頭中；
[0009] C、鑄片冷卻成型：步驟b送入模頭中的高溫熔體從模頭狹縫口流出，經(jīng)激冷輥冷 卻后得到含油鑄片；
[0010] d、雙向同步拉伸：將步驟c中得到的含油鑄片經(jīng)預(yù)熱后進行雙向同步拉伸，得到 薄膜；
[0011] e、萃取、干燥：將步驟d得到的薄膜放入萃取槽，將其中的白油萃取出來，萃取劑 為二氯甲烷；將萃取后的薄膜、萃取劑二氯甲烷放入干燥箱內(nèi)，揮發(fā)去除得干燥后的薄膜；
[0012] f、橫拉擴幅、熱定型：步驟e中干燥后的薄膜經(jīng)過橫拉機擴幅后，送入熱定型裝置 后去除薄膜內(nèi)部的熱應(yīng)力，其中，熱定型溫度為125°C，薄膜的孔隙率為55%以上；
[0013] g、涂覆：步驟f熱定型后的薄膜放置于陶瓷漿料中進行陶瓷涂覆，涂覆模具選用 微凹輥或狹縫模頭；
[0014] h、烘干、在線收卷：將涂覆后薄膜烘干并進行在線收卷，在線收卷的速度為45m/ min〇
[0015] 進一步的，步驟g中，所述陶瓷漿料中三氧化二鋁濃度為40%。
[0016] 進一步的，步驟b中，高溫熔體依次經(jīng)過溫度分別為50°C-40°C-30°C-30°C的 四個激冷輥。
[0017] 進一步的，步驟d中，預(yù)熱溫度為110°C，雙向同步拉伸的溫度為125°C，雙向同步 拉伸得到縱拉比為5倍，橫拉比為5倍的薄膜。
[0018] 進一步的，步驟b中，所述混合物A通過直徑為96mm，長徑比為52，溫度為200°C的 雙螺桿擠出機得到高溫熔體。
[0019] 進一步的，步驟e中，萃取劑的進液量為3m3/h在溫度為20°C時對其中的白油進行 萃取，干燥箱的溫度設(shè)定為35°C。
[0020] 本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果：
[0021] 本發(fā)明提出了一種采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝，以聚乙烯 作為原料樹脂，白油作為溶劑，二氯甲烷作為萃取劑，三氧化二鋁作為陶瓷基材，依次經(jīng) 過配料--擠出--過濾計量--模頭擠出--鑄片冷卻成型--雙向拉伸--萃取干 燥--橫拉擴幅--熱定型--陶瓷涂覆--烘箱去水--在線收卷來制得高孔隙率鋰 電池隔膜，為了提高最終陶瓷隔膜產(chǎn)品的孔隙率，本發(fā)明通過控制熱定型的工藝，例如控制 熱定型溫度為125°C，薄膜的孔隙率為55%以上，以降低此工藝過程中的閉孔程度來提高 隔膜基材的孔隙率，并且在熱定型工藝后直接進行陶瓷涂覆，通過陶瓷涂覆來降低隔膜的 熱收縮率，避免了常規(guī)的分步制備工藝中高孔隙率隔膜在存放過程中由于熱應(yīng)力的釋放造 成的隔膜厚度及性能的變化，同時也降低了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步清楚、完整的說明：
[0023] 圖1為本發(fā)明生產(chǎn)工藝的流程圖。

【具體實施方式】
[0024] 本發(fā)明提出了一種采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝，為了使本發(fā) 明的優(yōu)點、技術(shù)方案更加突出，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步清楚、完整的說明。
[0025] 目前市場上銷售的常規(guī)隔膜的孔隙率都在40%左右，而孔隙率的高低又直接影響 鋰電池的性能，提高隔膜的孔隙率可以降低隔膜對鋰離子遷移的阻力，孔隙率越大，孔的曲 率越小，孔的貫通性越好，鋰離子的穿透能力越強。
[0026] 本發(fā)明所選原料均可通過商業(yè)渠道購買得到，下面對本發(fā)明部分所選原料的性質(zhì) 做如下說明：
[0027] 聚乙烯：是乙烯經(jīng)聚合制得的一種熱塑性樹脂，在工業(yè)上，也包括乙烯與少量 α -烯烴的共聚物，聚乙烯無臭、無毒、手感似錯，具有優(yōu)良的耐低溫性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐 大多數(shù)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(yōu)；本發(fā)明聚乙烯包括 分子量為100?150萬的超商分子量聚乙烯與分子量低于100萬的商密度聚乙烯。
[0028] -種采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其操作工藝流程圖如圖 1所示，主要包括配料--擠出--過濾計量--模頭擠出--鑄片冷卻成型--雙向拉 伸一萃取干燥--橫拉擴幅--熱定型--陶瓷涂覆--烘箱去水--在線收卷，本發(fā) 明采用分子量為150萬的超高分子量聚乙烯作為原料樹脂，白油作為溶劑，二氯甲烷作為 萃取劑。
[0029] 本發(fā)明，一種采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝，具體包括以下步 驟：
[0030] 步驟1、配料混合：稱取聚乙烯粉末和白油并將其混合均勻，得到混合物A，其中， 聚乙烯粉末與白油的重量比為1:2?5. 5 ;
[0031] 步驟2、擠出、過濾計量：將步驟1中的混合物A經(jīng)過直徑為96_，長徑比為52,溫 度為200°C的雙螺桿擠出機得到高溫熔體，高溫熔體經(jīng)準(zhǔn)確計量后送入模頭中；
[0032] 步驟3、鑄片冷卻成型：步驟2送入模頭中的高溫熔體從模頭狹縫口流出，經(jīng)激冷 輥冷卻后得到含油鑄片；
[0033] 步驟4、雙向同步拉伸：將步驟3中得到的含油鑄片經(jīng)預(yù)熱后進行雙向同步拉伸， 得到薄膜；
[0034] 步驟5、萃取、干燥：將步驟4得到的薄膜放入萃取槽，將其中的白油萃取出來，萃 取劑為二氯甲烷；將萃取后的薄膜、萃取劑二氯甲烷放入干燥箱內(nèi)，揮發(fā)去除得干燥后的薄 膜；
[0035] 步驟6、橫拉擴幅、熱定型：步驟5中干燥后的薄膜經(jīng)過橫拉機擴幅后，送入熱定型 裝置后去除薄膜內(nèi)部的熱應(yīng)力，其中，熱定型溫度為125°C，薄膜的孔隙率為55%以上；
[0036] 步驟7、涂覆：步驟6熱定型后的薄膜放置于陶瓷漿料中進行陶瓷涂覆，涂覆模具 選用微凹輥或狹縫模頭；
[0037] 步驟8、烘干、在線收卷：將涂覆后薄膜烘干并進行在線收卷，在線收卷的速度為 45m/min〇
[0038] 實施例1 :
[0039] 本發(fā)明，一種采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝，具體包括以下步 驟：
[0040] 步驟1、配置混合物A，先稱取50Kg的UHMWPE (聚乙烯）粉，按照UHMWPE粉重量占 最終白油與UHMWPE粉混合物A總重量的16%，白油占混合物A總重量的85%稱取262. 5Kg 白油，將白油與UHMWPE粉一同倒入攪拌釜內(nèi)（攪拌器形式為雙螺帶形式）進行充分攪拌， 得到混合物A備用；
[0041] 步驟2、混合物A通過直徑為96mm，長徑比為52,溫度為200°C的雙螺桿擠出機得 到混合物A均勻高溫熔體；高溫熔體分別經(jīng)500目過濾器過濾，熔體泵計量后進入擠出模頭 中擠出；
[0042] 步驟3、從模頭狹縫口流出的高溫熔體依次經(jīng)過溫度分別為50°C-40°C-30°C- 30°C的四個激冷輥后得到鑄片；
[0043] 步驟4、擠出鑄片進入雙向同步拉伸機得到縱拉比為4. 5倍，橫拉比為5倍薄膜，預(yù) 熱溫度為110°c，拉伸溫度125°C，冷卻定型溫度為30°C ;
[0044] 步驟5、雙拉后的薄膜進入二氯甲烷萃取槽進行超聲波萃取，萃取劑進液量為3m3/ h，超聲波功率為5Kw，在20°C的條件下將其中的白油萃取完；
[0045] 步驟6、萃取后的薄膜進入干燥箱中將表面和內(nèi)部的二氯甲烷揮發(fā)去除，干燥箱溫 度為35°C ;
[0046] 步驟7、干燥后的薄膜進入橫拉機，控制橫拉比為1. 3倍，溫度為120°C ;
[0047] 步驟8、擴幅后的薄膜進入高溫?zé)岫ㄐ脱b置后去除薄膜內(nèi)部的熱應(yīng)力，熱定型溫度 125°C，控制薄膜的孔隙率在55%以上；
[0048] 步驟9、出熱定型的薄膜直接進行陶瓷涂覆，涂覆模具為微凹輥，陶瓷漿料中三氧 化二鋁濃度為40% ;
[0049] 步驟10、涂覆后的隔膜進入熱風(fēng)烘箱中，烘箱溫度梯度為30°C?35°C?45°C? 60。。?80。。；
[0050] 步驟11、出烘箱的去水隔膜進行在線收卷，收卷速度為45m/min。
[0051] 本實施例制備得到的隔膜孔隙率為56%。
[0052] 實施例2 :
[0053] 與實施例1不同之處在于：步驟1中白油的加入量為100kg。本實施例制備得到 的隔膜孔隙率為52%。
[0054] 本發(fā)明高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝具有以下優(yōu)點：
[0055] 目前市場上的陶瓷涂覆的鋰電池隔膜導(dǎo)致最后得到的隔膜孔隙率一般都在40% 左右，本發(fā)明通過在制備工藝中經(jīng)擠出鑄片、雙向拉伸，萃取干燥，橫拉擴幅，然后通過控制 熱定型的參數(shù)條件，得到高孔隙率的隔膜，此隔膜直接進行陶瓷涂覆處理，經(jīng)過烘箱烘干去 除水份后可得孔隙率在50%以上的鋰電池隔膜。
【權(quán)利要求】
1. 一種采用陶瓷涂覆的高孔隙率鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝，其特征在于：包括以下步 驟： a、 配料混合：稱取聚乙烯粉末和白油并將其混合均勻，得到混合物A，所述聚乙烯粉末 與白油的重量比為1:2?5. 5 ; b、 擠出、過濾計量：將步驟a中的混合物A經(jīng)過擠出機得到高溫熔體，所述高溫熔體經(jīng) 準(zhǔn)確計量后送入模頭中； c、 鑄片冷卻成型：步驟b送入模頭中的高溫熔體從模頭狹縫口流出，經(jīng)激冷輥冷卻后 得到含油鑄片； d、 雙向同步拉伸：將步驟c中得到的含油鑄片經(jīng)預(yù)熱后進行雙向同步拉伸，得到薄膜； e、 萃取、干燥：將步驟d得到的薄膜放入萃取槽，將其中的白油萃取出來，萃取劑為二 氯甲烷；將萃取后的薄膜、萃取劑二氯甲烷放入干燥箱內(nèi)，揮發(fā)去除得干燥后的薄膜； f、 橫拉擴幅、熱定型：步驟e中干燥后的薄膜經(jīng)過橫拉機擴幅后，送入熱定型裝置后去 除薄膜內(nèi)部的熱應(yīng)力，其中，熱定型溫度為125°C，薄膜的孔隙率為55%以上； g、 涂覆：步驟f熱定型后的薄膜放置于陶瓷漿料中進行陶瓷涂覆，涂覆模具選用微凹 輥或狹縫模頭； h、 烘干、在線收卷：將涂覆后薄膜烘干并進行在線收卷，在線收卷的速度為45m/min。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于：步驟g中，所述陶瓷漿料中三氧化二 鋁濃度為40%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于：步驟b中，高溫熔體依次經(jīng)過溫度分 別為50°C-40°C-30°C-30°C的四個激冷輥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于：步驟d中，預(yù)熱溫度為11(TC，雙向同 步拉伸的溫度為125°C，雙向同步拉伸得到縱拉比為5倍，橫拉比為5倍的薄膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于：步驟b中，所述混合物A通過直徑為 96mm，長徑比為52,溫度為200°C的雙螺桿擠出機得到高溫熔體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于：步驟e中，萃取劑的進液量為3m3/h 在溫度為20°C時對其中的白油進行萃取，干燥箱的溫度設(shè)定為35°C。
【文檔編號】H01M2/16GK104064710SQ201410277495
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】任富忠, 王志凱, 梁鵬, 孟慶銳, 郅立鵬, 陳繼朝 申請人:青島中科華聯(lián)新材料有限公司