一种高吸液率/高保液率干法单向拉伸隔膜的制备方法

摘要

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、循环以及安全性能等特点，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。若隔膜有高吸液率/高保液率，则有利于大电流放电和电芯的循环。但目前国内在干法单向拉伸隔膜的吸液率/保液率均在50％～100％之间，往上突破空间仍很大。本发明提供了一种高吸液率/高保液率干法单向拉伸隔膜的制备方法，采用干法单向拉伸制备高吸液率/高保液率隔膜。采用此方法的生产设备/工艺技术成熟，经过挤出、流延、退火处理、单向拉伸等环节，能够高效连续地大规模生产。所制备的干法单向拉伸隔膜的吸液率/保液率超过140％。

说明书

技术领域

本发明属于锂电池干法单向拉伸隔膜的制备领域，特别涉及一种高吸液率/高保液率干法 单向拉伸隔膜的制备方法。

背景技术

传统燃油汽车是目前大气污染的主要排污来源之一，通过提高排放标准等手段只能缓解 污染程度，并不能从根本上杜绝污染源头。新能源汽车产业历来是汽车行业乃至各国政府热 衷投资的行业，锂电池行业报告预测，2020年电动汽车产量达到1314万辆，是2010年的5.5 倍。其中，插电式混合动力汽车产量会增长35倍达到140万辆，纯电动汽车产量会达到75 万辆，增长75倍。

锂电池具有开路电压高、高能量比和容量大的特点，一直以来都是新能源汽车厂商青睐 的动力电池。由于电动汽车需要的是大功率电能，在实际使用过程中，往往使用上千个电芯 串联成电池组以保证能量的供应。根据相关的行业报告测算，一辆纯电动汽车需要40公斤～ 50公斤的正极材料和电解液，是单个手机电池耗用量的1万倍左右。因此，电动汽车行业的 兴起无疑给国内的锂电池行业带来数十倍的需求增长。

在锂电池行业快速发展的同时，作为锂电池四大材料之一的隔膜也受到刺激发展。隔膜 的产能与品质成为隔膜厂商的重要关注点。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。 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、循环以及安全性能等特 点，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。若隔膜有高吸液率/高保液率， 则有利于大电流放电和电芯的循环。但目前国内在干法单向拉伸隔膜的吸液率/保液率均在 50％～100％之间，往上突破空间仍很大。

发明内容

本发明采用干法单向拉伸制备高吸液率/高保液率隔膜。采用此方法的生产设备/工艺技术 成熟，经过挤出、流延、退火处理、单向拉伸等环节，能够高效连续地大规模生产。所制备 的干法单向拉伸隔膜的吸液率/保液率超过140％。

本发明的目的在于提供一种高吸液率/高保液率干法单向拉伸隔膜的制备方法。

本发明的上述技术目的可以通过以下技术方案实现：

a、铸片：将聚烯烃颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头低温挤出，冷却辊 铸片，得到片状聚丙烯基膜，收成卷状，长度在100～1500m；

b、退火处理：将成卷的基膜放入烘箱内，充分完善聚丙烯片晶结构；

c、单向拉伸：将退火处理后的聚丙烯基膜经低速高倍率冷态拉伸、低速高倍率热态拉 伸、高温定型、冷却后即可得到高吸液率/高保液率干法单向拉伸隔膜；

其中，所述a步骤中，挤出机工作温度在180～210℃，模头设定温度在180～205℃，冷 却辊温度设定在50～100℃；

所述b步骤中，烘箱温度设定在130～150℃，时间设定为5～16h，作为优选，烘箱温度 设定在140～150℃，时间设定为10～16h；

所述c步骤中，冷态拉伸的温度设定在30～100℃，冷态拉伸速度为1.0m/min～8.0m/min， 倍率为1.1～1.5，热态拉伸速度为1.0m/min～8.0m/min，热态拉伸的温度设定在120～160℃， 热态拉伸倍率为2.5～3.0，高温定型温度设定在150～160℃，高温定型时间设定在1～5min。

优选地，其中，所述a步骤中，挤出机工作温度在180～200℃，模头设定温度在180～ 200℃，冷却辊温度设定在60～80℃。

优选地，所述b步骤中，烘箱温度设定在140～150℃，时间设定为10～16h。

优选地，所述c步骤中，冷态拉伸的温度设定在50～80℃，冷态拉伸速度为3.0m/min～ 5.0m/min，倍率为1.2～1.5。

优选地，热态拉伸速度为3.0m/min～5.0m/min，热态拉伸的温度设定在140～160℃，热 态拉伸倍率为2.6～2.8；热态拉伸倍率过小，则微孔不够多，吸液率/保液率不大；热态拉伸 倍率过大，则容易造成微孔崩塌，不利于吸液率/保液率的提升。

优选地，高温定型温度设定在150～160℃，高温定型时间设定在3～5min。

另外，所述步骤a收成卷状长度优选为500～1000m，因为收成卷状过短影响生产效率， 收成卷状过长则不利于后面步骤b中的退火处理时的散热，影响聚丙烯片晶结构的完善。

上述步骤中制备高吸液率/高保液率干法单向拉伸隔膜的关键在于控制挤出机温度、模头 温度、退火条件、拉伸速度和拉伸倍率，尤其是拉伸速度设定在1.0m/min～8.0m/min，优选 为3m/min～4m/min，速度过低则生产效率低，速度高则易造成拉伸不均匀。

所述聚丙烯采用等规度≥90％的等规聚丙烯，平均分子量为1×10⁶～1×10⁷，熔融指数为 1.0～10.0g/10min，作为优选，采用等规度≥95％的等规聚丙烯，平均分子量为2×10⁶～5× 10⁶，熔融指数为1.5～5.0g/10min。

本发明制备的小孔径锂电池隔膜，厚度为12μm～60μm，吸液率/保液率均大于140％。

本发明具有以下优点：

(1)本发明生产设备/工艺技术成熟，经过挤出、流延、退火处理、单向拉伸等环节，能 够高效连续地大规模生产。

(2)所制备的干法单向拉伸隔膜在离子透过能力好、内阻小、与电解液相容性好。

(3)所制备的干法单向拉伸隔膜吸液率/保液率均大于140％，有利于大电流放电和电芯 的循环。

附图说明

图1实施例1扫描电镜图

图2实施例2扫描电镜图

具体实施方式

以下结合具体的实施例和附图来对本发明的内容进一步说明，但是本发明的保护范围并 不仅仅局限于实施例所描述的内容。

实施例中，采用等规度为98％的等规聚丙烯，平均分子量为3.8×10⁶，熔融指数为 3.6g/10min，其他条件见上述技术方案，不同之处将在具体实施例中阐述。

实施例1

将聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，经急冷辊铸片成29.5u 的片材聚丙烯基膜，收成卷状，长度在1000m，挤出机工作温度为200℃，模头设定温度为 195℃，冷却辊设定温度为85℃；将成卷的基膜放入烘箱内，进行145℃、12h的退火处理； 将退火处理后的聚烯烃基膜依次经3.5m/min、1.25倍的80℃冷态拉伸，3.5m/min、2.63倍的 145℃热态拉伸，156℃的高温定型2min，冷却后即可得到25u干法单向隔膜。

实施例2

将聚丙烯颗粒通过挤出机塑化形成聚丙烯熔体，然后从模头挤出，经急冷辊铸片成19.2u 的片材聚丙烯基膜，收成卷状，长度在1000m，挤出机工作温度为201℃，模头设定温度为 198℃，冷却辊设定温度为80℃；将成卷的基膜放入烘箱内，进行145℃、10h的退火处理； 将退火处理后的聚烯烃基膜依次经4m/min、1.20倍的85℃冷态拉伸，4m/min、2.75倍的145℃ 热态拉伸，156.5℃的高温定型1.5min，冷却后即可得到16u干法单向隔膜。

表1实施例样品性能参数

例1(25u) 例2(16u) 透气率 200 110 孔隙率(％) 55 54 拉伸强度(MPA) 190 180 穿刺强度(g) 550 350 120℃/1h纵向热收缩率(％) 3.5 3.2 吸液率(％) 155 160 保液率(％) 145 150 平均孔径(nm) 41 42

实施例3

以实例2同样的工艺方法制备16u干法单向隔膜，其中设定不同热态拉伸倍率自2.5～3.0， 检测不同热态拉伸倍率16u干法单项隔膜的吸液率/保液率，以此研究不同热态拉伸倍率的隔 膜与吸液率/保液率的关系，如表2所示。

表2不同热态拉伸倍率对应的吸液率/保液率

热态拉伸倍率 吸液率 保液率 2.4 138 125 2.5 150 137 2.6 160 148 2.7 158 146 2.8 161 150 2.9 142 131 3.0 128 115

由此可见，热态拉伸倍率的优选范围为2.6～2.8，热态拉伸倍率过小，则微孔不够多，吸 液率/保液率不大；热态拉伸倍率过大，则容易造成微孔崩塌，不利于吸液率/保液率的提升。

以上是对本发明进行了具体的阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受 上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应 为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。