一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法与流程

1.本发明属于锂离子电池隔膜制备技术领域，具体涉及一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法。


背景技术：

2.锂电池隔膜是锂电池内部关键组件之一，起到隔绝电池正负极、防止电池内部短路、提高电解液中离子通过性的作用，隔膜物性参数的均一性直接影响到锂电池的使用寿命和使用效率。
3.现在生产的聚烯烃多孔锂电池隔膜在生产制备过程中，由于机器设备原因和原料纯度以及生产工艺条件等因素的不稳定，在隔膜制造出来以后，经过检验发现隔膜的物性均一性会产生波动，进而导致隔膜品质出现问题，降低隔膜的使用寿命，同时锂电池的性能也会下降。
4.所以如何提高隔膜生产过程中隔膜物性的均一性已经成为锂电池隔膜制造行业急需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，可以让生产出来的隔膜主要参数，如透气值、孔隙率、面密度、穿刺强度、拉伸强度、热收缩等关键物性的均一性提高，使隔膜具有良好的物性指标，从而提高隔膜的安全性能和实用性能。
6.本发明采用如下技术方案：一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，包括如下步骤：第一步，挤出机原料混合将固体pe粉料聚烯烃树脂和白油在挤出机螺杆机筒内进行混合，白油先后从挤出机下料口和挤出机中段注入挤出机机筒内和pe粉料混合，到达t型模头流出，形成片材；第二步，铸片工序将第一步中t型模头产出的片材经过铸片进行急冷贴片，模头处通过高频率吸油烟机将白油蒸汽回收，铸片辊通过设置速度对片材进行初次拉伸；第三步，纵向拉伸工序将第二步中经过初次拉伸的片材通过导辊送入纵向拉伸机进行拉伸，拉伸所用的辊分为预热区、拉伸区和定型区，拉伸比例设定为6-7倍，其中拉伸区的拉伸方式为二级拉伸以上的多级拉伸；第四步，第一次横向拉伸阶段将第三步中通过纵向拉伸得到的隔膜通过导辊传递到导轨链夹，进入到烘箱之内，进行第一次横向拉伸，烘箱分为预热区-拉伸区-定型区，通过改变导轨链夹的宽度来改变烘箱内被高温加热的隔膜的宽度，膜宽先窄后宽再窄，烘箱内温度设置为梯度升温，烘箱内拉伸比例在9-12倍；
第五步，萃取阶段将第四步中第一次横向拉伸后的隔膜通过导辊送到萃取槽内，通过用浓度为99.95%以上的高浓度二氯甲烷液体将隔膜孔隙中的白油进行萃取，释放隔膜内部的孔状结构，经过二氯甲烷液体萃取后的隔膜进入到干燥槽之内，干燥槽干燥辊设置梯度温度，同时开启辅助干燥吹气装置，加快膜面残留二氯甲烷液体的挥发，干燥槽气压保持在负压10pa-15pa之间；第六步，第二次横向拉伸阶段将第五步中第一次横向拉伸后的隔膜经过导辊链夹传送进入第二次横向拉伸烘箱内，烘箱分为预热-拉伸-定型三个区域，链夹宽度设置成“预热区窄-拉伸区宽-定型区窄”的梯度，隔膜在烘箱内得到充分的拉伸和回缩，让隔膜内部孔隙结构变得均匀；第七步，热定型阶段将第六步经过第二次横向拉伸的隔膜通过导辊牵引经过热定型辊，热定型辊设置不同梯度温度，前段高温设置70℃-80℃，后段低温温度范围在20℃-30℃，使隔膜再次进行收缩，稳定孔隙内部结构；第八步，收卷阶段将第七步中经过热定型拉伸过后的隔膜进行收卷；第九步，分切阶段将第八步中收卷好的隔膜进行分切。
7.进一步地，第一步中所述pe粉料与白油的质量比为29%：71%，白油从挤出机下料口和挤出机中段的注入量的比例为49.5%和21.5%。
8.进一步地，第一步中所述挤出机设置梯度温度，前端保持低温，在80℃-100℃，挤出机中后段设置高温，在185℃-220℃。
9.进一步地，第二步中所述铸片的冷却辊温度为15-20℃。
10.进一步地，第三步中所述预热区的温度为80-100℃，拉伸区的温度为100-110℃，定型区的温度为50-65℃，拉伸区的拉伸方式为3段拉伸或5段拉伸。
11.进一步地，第四步中所述预热区温度为120℃-130℃，拉伸区、定型区温度为115℃-120℃。
12.进一步地，第五步中所述二氯甲烷液体的进液量为4-5m3/h，干燥槽干燥辊温度为30-53℃。
13.进一步地，第六步中所述预热-拉伸-定型三个区域，三个区域温度设置在130℃-135℃之间。
14.进一步地，第八步中所述收卷张力为100n。
15.进一步地，第九步中所述分切的分切张力35n和接触压分别为400n。
16.本发明的有益效果如下：本发明进行二级拉伸以上的多级拉伸进行实验，通过多级拉伸改变隔膜微观孔状结构和孔径大小，用改变孔结构的方法进一步改变隔膜其他物性，最终提升隔膜物性的均一性。
附图说明
17.图1为本发明的拉伸区拉伸辊分布图。
具体实施方式
18.本发明中涉及到的一种锂离子电池隔膜在生产中提高物性均一性的制备方法过程如下：（1）挤出机原料混合将定量的固体pe粉料聚烯烃树脂和白油在挤出机螺杆机筒内进行混合，白油先后从挤出机下料口和挤出机中段注入挤出机机筒内和pe粉料混合，挤出机设置梯度温度，前端保持低温，在80℃-100℃，挤出机中后段设置高温，在185℃-220℃。
19.经过高温混合的原料通过挤出机螺杆推进，到达t型模头流出，形成片材，到达铸片工序。
20.（2）铸片工序将（1）中t型模头产出的片材经过铸片进行急冷贴片，铸片冷却辊温度设置15℃-20℃之间，模头处通过高频率吸油烟机将白油蒸汽回收，铸片辊通过设置速度对片材进行初次拉伸。
21.（3）纵向拉伸工序将（2）中经过第一次拉伸的片材通过导辊送入纵向拉伸机进行拉伸，该工序辊分为预热区、拉伸区和定型区，温度设置预热区80℃-100℃，拉伸区100℃-110℃，定型区50℃-65℃，拉伸比例设定为6-7倍，通过给拉伸区辊增加速比，进行隔膜拉伸。
22.现有的拉伸区拉伸方式分为一级拉伸、二级拉伸和其他多级拉伸方式，本发明进行二级拉伸以上的多级拉伸进行实验，通过多级拉伸改变隔膜微观孔状结构和孔径大小，用改变孔结构的方法进一步改变隔膜其他物性，最终提升隔膜物性的均一性。
23.（4）第一次横向拉伸阶段将（3）中通过纵向拉伸得到的隔膜通过导辊传递到导轨链夹，进入到烘箱之内，进行第一次横向拉伸，烘箱分为预热区-拉伸区-定型区。通过改变导轨链夹的宽度来改变烘箱内被高温加热的隔膜的宽度，膜宽先窄后宽再窄。烘箱内温度设置为梯度升温，预热区温度设置120℃-130℃，拉伸区、定型区温度设置115℃-120℃，烘箱内拉伸比例在9-12倍之间。
24.（5）萃取阶段将（4）中第一次横向拉伸后的隔膜通过导辊送到萃取槽内，通过用高浓度二氯甲烷液体将隔膜孔隙中的白油进行萃取，释放隔膜内部的孔状结构。二氯甲烷液体进液量设置为4-5m
³
/h，经过二氯甲烷液体萃取后的隔膜进入到干燥槽之内，干燥槽干燥辊设置梯度温度，温度设置在30℃-53℃之内，同时开启辅助干燥吹气装置，加快膜面残留二氯甲烷液体的挥发，干燥槽气压保持在负压10pa-15pa之间。
25.（6）第二次横向拉伸阶段将（5）中第一次横向拉伸后的隔膜经过导辊传送进入第二次横向拉伸烘箱内，烘箱分为预热-拉伸-定型三个区域，三个区域温度设置在130℃-135℃之间。链夹宽度设置成“预热区窄-拉伸区宽-定型区窄”的梯度，让隔膜在烘箱内得到充分的拉伸和回缩，让隔膜
内部孔隙结构变得均匀。
26.（7）热定型阶段将（6）中经过第二次横向拉伸的隔膜通过导辊牵引经过热定型辊，热定型辊设置不同梯度温度，前段高温设置70℃-80℃，后段低温温度范围在20℃-30℃，使隔膜再次进行收缩，稳定孔隙内部结构。
27.（8）收卷阶段将（7）中经过热定型拉伸过后的隔膜进行收卷，设置一定的收卷张力，使隔膜在收卷辊上尽可能平整收卷，降低大母卷膜面异常的产生，按照规格收卷一定米数后进行分切。
28.（9）分切阶段将（8）中收卷好的隔膜进行分切，预先设置分切张力和接触压，分切成一定规格的小母卷备用。
29.步骤（3）中隔膜纵向拉伸阶段，拉伸辊之间的间隔距离、拉伸辊自身的直径和转速都会对隔膜内部孔隙结构造成影响，拉伸辊间隔距离过大，隔膜在拉伸过程中会产生一定程度的“颈缩”，使隔膜在纵向被再次拉伸，在辊间隔距离和直径固定的情况下，通过改变拉伸方式可以有效改善隔膜物性性能。
30.但是设备有扭矩上限，在增加辊速比的同时，扭矩也会同时增大，在保护设备的同时适当增加拉伸区辊数量，将拉伸倍率分散到多个辊上，物性均一性会提升,因此在正常生产中可以采用多级拉伸方式进行生产。
31.实施例1在保证挤出量等条件不变的情况下，将2段拉伸改为5段拉伸的前后物性数据对比，在将纵向拉伸区的拉伸辊数量增加后，隔膜各项物性指标极差均有下降趋势，物性参数的均一性得到提升，结果如表1和表2所示。
32.表1
表2
实施例2在保证挤出量等条件不变的情况下，将2段拉伸改为3段拉伸的前后物性数据对比，在增加纵向拉伸区的拉伸辊数量后，物性指标极差均有下降趋势，物性均一性变好，结果如表3和表4所示。
33.表3
表4

技术特征：
1.一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，其特征在于：包括如下步骤：第一步，挤出机原料混合将固体pe粉料聚烯烃树脂和白油在挤出机螺杆机筒内进行混合，白油先后从挤出机下料口和挤出机中段注入挤出机机筒内和pe粉料混合，到达t型模头流出，形成片材；第二步，铸片工序将第一步中t型模头产出的片材经过铸片进行急冷贴片，模头处通过高频率吸油烟机将白油蒸汽回收，铸片辊通过设置速度对片材进行初次拉伸；第三步，纵向拉伸工序将第二步中经过初次拉伸的片材通过导辊送入纵向拉伸机进行拉伸，拉伸所用的辊分为预热区、拉伸区和定型区，拉伸比例设定为6-7倍，其中拉伸区的拉伸方式为二级拉伸以上的多级拉伸；第四步，第一次横向拉伸阶段将第三步中通过纵向拉伸得到的隔膜通过导辊传递到导轨链夹，进入到烘箱之内，进行第一次横向拉伸，烘箱分为预热区-拉伸区-定型区，通过改变导轨链夹的宽度来改变烘箱内被高温加热的隔膜的宽度，膜宽先窄后宽再窄，烘箱内温度设置为梯度升温，烘箱内拉伸比例在9-12倍；第五步，萃取阶段将第四步中第一次横向拉伸后的隔膜通过导辊送到萃取槽内，通过用浓度为99.95%以上的高浓度二氯甲烷液体将隔膜孔隙中的白油进行萃取，释放隔膜内部的孔状结构，经过二氯甲烷液体萃取后的隔膜进入到干燥槽之内，干燥槽干燥辊设置梯度温度，同时开启辅助干燥吹气装置，加快膜面残留二氯甲烷液体的挥发，干燥槽气压保持在负压10pa-15pa之间；第六步，第二次横向拉伸阶段将第五步中第一次横向拉伸后的隔膜经过导辊链夹传送进入第二次横向拉伸烘箱内，烘箱分为预热-拉伸-定型三个区域，链夹宽度设置成“预热区窄-拉伸区宽-定型区窄”的梯度，隔膜在烘箱内得到充分的拉伸和回缩，让隔膜内部孔隙结构变得均匀；第七步，热定型阶段将第六步经过第二次横向拉伸的隔膜通过导辊牵引经过热定型辊，热定型辊设置不同梯度温度，前段高温设置70℃-80℃，后段低温温度范围在20℃-30℃，使隔膜再次进行收缩，稳定孔隙内部结构；第八步，收卷阶段将第七步中经过热定型拉伸过后的隔膜进行收卷；第九步，分切阶段将第八步中收卷好的隔膜进行分切。2.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，其特征在于：第一步中所述pe粉料与白油的比例为29%：71%，白油从挤出机下料口和挤出机中段的注入量的比例为49.5%和21.5%。3.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，其特征在于：第一步中所述挤出机设置梯度温度，前端保持低温，在80℃-100℃，挤出机中后段设置高温，
在185℃-220℃。4.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，其特征在于：第二步中所述铸片的冷却辊温度为15-20℃。5.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，其特征在于：第三步中所述预热区的温度为80-100℃，拉伸区的温度为100-110℃，定型区的温度为50-65℃，拉伸区的拉伸方式为3段拉伸或5段拉伸。6.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，其特征在于：第四步中所述预热区温度为120℃-130℃，拉伸区、定型区温度为115℃-120℃。7.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，其特征在于：第五步中所述二氯甲烷液体的进液量为4-5m3/h，干燥槽干燥辊温度为30-53℃。8.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，其特征在于：第六步中所述预热-拉伸-定型三个区域，三个区域温度设置在130℃-135℃之间。9.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，其特征在于：第八步中所述收卷张力为100n。10.根据权利要求1所述的一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，其特征在于：第九步中所述分切的分切张力和接触压分别为35n和400n。

技术总结
本发明的目的在于提供一种提高锂离子电池隔膜物性均一性的方法，属于锂离子电池隔膜制备技术领域，本发明进行二级拉伸以上的多级拉伸进行实验，通过多级拉伸改变隔膜微观孔状结构和孔径大小，用改变孔结构的方法进一步改变隔膜其他物性，最终提升隔膜物性的均一性。最终提升隔膜物性的均一性。最终提升隔膜物性的均一性。


技术研发人员：戴纯良 梁振华 任帅建 韩文斌 安旭鹏
受保护的技术使用者：山西厚生新材料科技有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/9/7