專利名稱：一種鋰電池隔膜生產(chǎn)方法及橫向拉伸機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰電池隔膜生產(chǎn)方法及橫向拉伸機(jī)。
背景技術(shù)：
鋰電池因其具有工作電壓高、能量密度大、重量輕、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在很大程度上取代了以往的鎳氫等電池，成為各類電子產(chǎn)品的主力電源。鋰電池主要應(yīng)用于筆記本電腦、移動(dòng)電話、PDA、攝錄機(jī)、攜帶式光盤等電子產(chǎn)品上，其中在筆記本電腦和移動(dòng)電話上應(yīng)用最廣。同時(shí)，鋰電池已拓展到電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，市場(chǎng)需求龐大，并具有巨大的增長(zhǎng)空間。隔膜是鋰電池的重要組成部分，占鋰電池成本的20%左右，隔膜的性能決定了鋰電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響鋰電池的容量和循環(huán)性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高鋰電池的綜合性能具有重要的作用?，F(xiàn)有鋰電池隔膜主要是聚烯烴隔膜，其生產(chǎn)方法可分為干法和濕法兩大類。同時(shí)， 干法又可細(xì)分為單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝。干法單向拉伸工藝制備原理是高聚物熔體擠出時(shí)在拉伸應(yīng)力下結(jié)晶，形成垂直于擠出方向而又平行排列的片晶結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過(guò)熱處理得到硬彈性材料，具有硬彈性的聚合物膜拉伸后片晶之間分離而形成狹縫狀微孔，再經(jīng)過(guò)熱定型制得微孔膜。拉伸溫度高于聚合物的玻璃化溫度而低于聚合物的結(jié)晶溫度。美國(guó)專利US4138459提到吹塑成型的聚丙烯薄膜經(jīng)熱處理得到硬彈性薄膜，先冷拉6% 30%，然后在120 150°C之間熱拉伸80% 150%，再經(jīng)過(guò)熱定型即制得穩(wěn)定性較高的微孔膜。但是該法制備的隔膜橫向拉伸強(qiáng)度差， 孔型狹長(zhǎng)、孔徑尺寸難控制等缺點(diǎn)。干法雙向拉伸原理是通過(guò)拉伸時(shí)β晶型向α晶型轉(zhuǎn)變而使其產(chǎn)生微孔。添加成核劑共擠出制成含固體添加物的膜，固體添加物以亞微米級(jí)粒徑均勻分布在聚合物相中，由于拉伸時(shí)應(yīng)力集中出現(xiàn)相分離而形成微孔膜，雙軸拉伸含有大量β晶型的聚丙烯膜，然后熱固定型即得，由于β晶型的聚丙烯形態(tài)是由捆束狀生長(zhǎng)的片晶組成，球晶的致密程度較低，因此晶片束之間的非晶區(qū)很容易被拉開(kāi)而形成微銀紋或微孔。例如美國(guó)專利 US5134174提到雙軸拉伸含有大量β晶型的聚丙烯膜，最后熱固定得微孔膜。但是該法也存在孔徑及孔隙率較難控制、透氣性不好、隔膜一致性差等缺點(diǎn)。濕法原理是在高溫下將聚合物溶于高沸點(diǎn)、低揮發(fā)性的溶劑中形成均相液，然后降溫冷卻，導(dǎo)致溶液產(chǎn)生液-固相分離或液-液相分離，再選用揮發(fā)性試劑將高沸點(diǎn)溶劑萃取出來(lái)，經(jīng)過(guò)干燥獲得一定結(jié)構(gòu)形狀的高分子微孔膜，再經(jīng)熱定型使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。該方法通過(guò)調(diào)整聚烯烴和溶劑的比例，控制溫度，選取萃取劑，控制萃取時(shí)間的清洗時(shí)間等因素來(lái)獲得不同厚度、孔徑尺寸、孔隙率和微孔聚合物膜。該方法的缺點(diǎn)是投資大，成本高，工藝復(fù)雜，并且對(duì)環(huán)境造成污染
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，該方法制得的鋰電池隔膜厚度均勻，孔隙率高，透氣度高，拉伸強(qiáng)度高，熱收縮率小，本發(fā)明的另一目的是提供一種橫向拉伸機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，依次包括以下步驟(1)將聚烯烴樹(shù)脂原料熔融擠出，制得聚烯烴樹(shù)脂膜片；(2)聚烯烴樹(shù)脂膜片在110 150°C下晶化處理；(3)晶化處理后的聚烯烴樹(shù)脂膜片進(jìn)行冷拉伸，拉伸比為11 1. 5 ；(4)接著在110 150°C下進(jìn)行縱向拉伸，拉伸比為3 5，然后熱定型得到薄膜；(5)薄膜在110 150°C下分兩步進(jìn)行橫向拉伸，每步的拉伸角度不同，拉伸角度的范圍依次為10 14°和8 12°，拉伸比為3 5，然后熱定型；(6)最后在90 140°C下進(jìn)行熱處理，制得鋰電池隔膜。所述聚烯烴樹(shù)脂指制備鋰電池隔膜的常用原料，優(yōu)選為PP樹(shù)脂、PE樹(shù)脂、PDVF樹(shù)脂或PTFE樹(shù)脂，更優(yōu)選為PP樹(shù)脂或PE樹(shù)脂，并且其生產(chǎn)條件根據(jù)原料的不同可以進(jìn)行適
應(yīng)性調(diào)整。作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步揭示，步驟⑴采用流延擠出方式，步驟⑶中冷拉伸的溫度為20 50°C，步驟⑷和步驟(5)中熱定型的溫度為100 140°C。以PP樹(shù)脂為原料，依次包括以下步驟(1)將PP樹(shù)脂原料熔融擠出，制得PP樹(shù)脂膜片；(2)PP樹(shù)脂膜片在120 150°C下晶化處理，PP樹(shù)脂的結(jié)晶度為50 60% ；(3)晶化處理后的PP樹(shù)脂膜片在20 50°C下冷拉伸，拉伸比為11 1. 5 ；(4)接著在140 150°C下進(jìn)行縱向拉伸，拉伸比為3 5，然后在120 140°C下熱定型得到薄膜；(5)薄膜在140 150°C下分兩步進(jìn)行橫向拉伸，每步的拉伸角度不同，拉伸角度的范圍依次為10 14°和8 12°，拉伸比為3 5，然后在120 140°C下熱定型；(6)最后在110 130°C下進(jìn)行熱處理，制得鋰電池隔膜。所述PP樹(shù)脂的熔融指數(shù)為1 3g/10min，密度為0. 9 0. 91g/CnT3。以PE樹(shù)脂為原料，依次包括以下步驟(1)將PE樹(shù)脂原料熔融擠出，制得PE樹(shù)脂膜片；(2)PE樹(shù)脂膜片在80 130°C下晶化處理，PE樹(shù)脂的結(jié)晶度為75 85% ；(3)晶化處理后的PE樹(shù)脂膜片在20 50°C下冷拉伸，拉伸比為1. 1 1. 5 ；(4)接著在110 130°C下進(jìn)行縱向拉伸，拉伸比為3 5，然后在100 120°C下熱定型得到薄膜；(5)薄膜在110 130°C下分兩步進(jìn)行橫向拉伸，每步的拉伸角度不同，拉伸角度的范圍依次為10 14°和8 12°，拉伸比為3 5，然后在100 120°C下熱定型；(6)最后在90 110°C下進(jìn)行熱處理，制得鋰電池隔膜。所述PE樹(shù)脂為HDPE，熔融指數(shù)為0. 3 lg/10min，密度為0. 95 0. 97g/cnT3。本發(fā)明還提出了一種橫向拉伸機(jī)，包括導(dǎo)軌，拉伸區(qū)域中設(shè)有兩個(gè)拉伸角，拉伸角的范圍依次為10 14°和8 12°，其中，拉伸角是相對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌的夾角，拉伸時(shí)膜片安裝在導(dǎo)軌上。
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本發(fā)明以聚烯烴樹(shù)脂為原料，不使用任何致孔劑或添加劑，即可制得厚度均勻、孔隙率高、透氣度高、拉伸強(qiáng)度高、熱收縮率小的鋰電池隔膜。本發(fā)明在擠出制得聚烯烴樹(shù)脂膜片進(jìn)行晶化處理，使初生膜片中的微原纖維結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn)變成折疊鏈片晶，折疊鏈片晶的生成有利于在后續(xù)拉伸過(guò)程中形成微孔，同時(shí)，晶化處理也具有消除膜片應(yīng)力的作用；橫向拉伸分兩步進(jìn)行，每步角度不同，并可以根據(jù)拉伸情況進(jìn)行調(diào)整，提高了鋰電池隔膜厚度的均勻性和一致性；在橫向拉伸的熱定型后添加了熱處理工藝，在一定張力作用下通過(guò)較高溫度處理以及溫度變化，固定了所得鋰電池薄膜內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，不僅可以控制孔徑與孔徑形態(tài)，而且提高了鋰電池隔膜的拉伸強(qiáng)度、減少了熱收縮率。


圖1是本發(fā)明流程圖。圖2是橫向拉伸機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1所選用的聚烯烴樹(shù)脂原料為PP樹(shù)脂，熔融指數(shù)(MI)為2g/10min，密度為0. 91g/ cm3。參照?qǐng)D1，依次按照以下步驟制備 (1)首先，將PP樹(shù)脂原料加入雙螺桿擠出機(jī)1，在230°C下熔融擠出，經(jīng)鑄片機(jī)2冷卻鑄片制得PP樹(shù)脂膜片；(2)接著PP樹(shù)脂膜片在晶化設(shè)備3中進(jìn)行晶化處理，控制溫度為130°C，結(jié)晶度為 50 60% ；(3)晶化的PP樹(shù)脂膜片采用冷卻拉伸機(jī)4在40°C下進(jìn)行冷拉伸，拉伸比為1.4;(4)然后，膜片經(jīng)縱向拉伸機(jī)5在150°C下進(jìn)行縱向熱拉伸，拉伸比為4，接著在 130°C下熱定型，形成薄膜；(5)薄膜經(jīng)橫向拉伸機(jī)6分兩步進(jìn)行拉伸，兩拉伸角度依次為12°和10°，溫度為 150°C，拉伸比為3，接著在130°C下熱定型；(6)最后薄膜采用熱處理爐7在120°C下進(jìn)行熱處理，制得鋰電池隔膜。其中，雙螺桿擠出機(jī)1設(shè)有熔體計(jì)量泵以精確控制PP樹(shù)脂流量；晶化設(shè)備3為熱風(fēng)箱，熱風(fēng)箱采用電熱風(fēng)加熱，底輥為主動(dòng)輥，上輥可升降，并通過(guò)張力傳感器調(diào)節(jié)膜片張力；冷卻拉伸機(jī)4的冷卻輥采用循環(huán)水精確控制滾面的溫度；如圖2所示，橫向拉伸機(jī)6與現(xiàn)有橫向拉伸機(jī)主體相同，包括導(dǎo)軌61，不同之處是 拉伸區(qū)域中設(shè)有兩個(gè)拉伸角，分別記為A和B，A的范圍為10 14°，B的范圍為8 12°， 而現(xiàn)有的橫向拉伸機(jī)只設(shè)有一個(gè)拉伸角，其中，拉伸角是相對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌的夾角，拉伸時(shí)膜片安裝在導(dǎo)軌上。熱處理爐7包括保溫箱和設(shè)置在保溫箱內(nèi)的導(dǎo)輥，導(dǎo)輥由上、下兩組導(dǎo)輥構(gòu)成，上導(dǎo)輥可升降，并通過(guò)張力傳感器調(diào)節(jié)膜片張力。所得的鋰電池隔膜性能按表1所示方法進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如表2所示。
表1鋰電池隔膜性能測(cè)試方法
權(quán)利要求
1.一種鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，其特征在于依次包括以下步驟(1)將聚烯烴樹(shù)脂原料熔融擠出，制得聚烯烴樹(shù)脂膜片；(2)聚烯烴樹(shù)脂膜片在110 150°C下晶化處理；(3)晶化處理后的聚烯烴樹(shù)脂膜片進(jìn)行冷拉伸，拉伸比為11 1.5 ；(4)接著在110 150°C下進(jìn)行縱向拉伸，拉伸比為3 5，然后熱定型得到薄膜；(5)薄膜在110 150°C下分兩步進(jìn)行橫向拉伸，每步的拉伸角度不同，拉伸角度的范圍依次為10 14°和8 12°，拉伸比為3 5，然后熱定型；(6)最后在90 140°C下進(jìn)行熱處理，制得鋰電池隔膜。
2.按權(quán)利要求1所述的鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，其特征在于所述聚烯烴樹(shù)脂為PP樹(shù)脂、PE樹(shù)脂、PDVF樹(shù)脂或PTFE樹(shù)脂。
3.按權(quán)利要求1所述的鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，其特征在于步驟(1)采用流延擠出方式。
4.按權(quán)利要求1所述的鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，其特征在于步驟(3)中冷拉伸的溫度為 20 50°C。
5.按權(quán)利要求1所述的鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，其特征在于步驟(4)和步驟(5)中熱定型的溫度為100 140°C。
6.按權(quán)利要求1到5之一所述的鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，其特征在于，以PP樹(shù)脂為原料， 依次包括以下步驟(1)將PP樹(shù)脂原料熔融擠出，制得PP樹(shù)脂膜片；(2)PP樹(shù)脂膜片在120 150°C下晶化處理，PP樹(shù)脂的結(jié)晶度為50 60% ；(3)晶化處理后的PP樹(shù)脂膜片在20 50°C下冷拉伸，拉伸比為11 1.5 ；(4)接著在140 150°C下進(jìn)行縱向拉伸，拉伸比為3 5，然后在120 140°C下熱定型得到薄膜；(5)薄膜在140 150°C下分兩步進(jìn)行橫向拉伸，每步的拉伸角度不同，拉伸角度的范圍依次為10 14°和8 12°，拉伸比為3 5，然后在120 140°C下熱定型；(6)最后在110 130°C下進(jìn)行熱處理，制得鋰電池隔膜。
7.按權(quán)利要求6所述的鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，其特征在于所述PP樹(shù)脂的熔融指數(shù)為 1 3g/10min，密度為 0. 9 0. 91g/cnT3。
8.按權(quán)利要求1到5之一所述的鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，其特征在于，以PE樹(shù)脂為原料， 依次包括以下步驟(1)將PE樹(shù)脂原料熔融擠出，制得PE樹(shù)脂膜片；(2)PE樹(shù)脂膜片在110 130°C下晶化處理，PE樹(shù)脂的結(jié)晶度為75 85%；(3)晶化處理后的PE樹(shù)脂膜片在20 50°C下冷拉伸，拉伸比為11 1.5 ；(4)接著在110 130°C下進(jìn)行縱向拉伸，拉伸比為3 5，然后在100 120°C下熱定型得到薄膜；(5)薄膜在110 130°C下分兩步進(jìn)行橫向拉伸，每步的拉伸角度不同，拉伸角度的范圍依次為10 14°和8 12°，拉伸比為3 5，然后在100 120°C下熱定型；(6)最后在90 110°C下進(jìn)行熱處理，制得鋰電池隔膜。
9.按權(quán)利要求8所述的鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，其特征在于，所述PE樹(shù)脂為HDPE，熔融指數(shù)為 0. 3 lg/10min，密度為 0. 95 0. 97g/cnT3。
10.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1到9之一所述方法的橫向拉伸機(jī)，包括導(dǎo)軌，其特征在于拉伸區(qū)域中設(shè)有兩個(gè)拉伸角，拉伸角的范圍依次為10 14°和8 12°，其中，拉伸角是相對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌的夾角。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰電池隔膜生產(chǎn)方法，步驟如下將聚烯烴樹(shù)脂原料熔融擠出，制得聚烯烴樹(shù)脂膜片；聚烯烴樹(shù)脂膜片在110～150℃下晶化處理；晶化處理后的聚烯烴樹(shù)脂膜片進(jìn)行冷拉伸，拉伸比為1.1～1.5；接著在110～150℃下進(jìn)行縱向拉伸，拉伸比為3～5，然后熱定型得到薄膜；薄膜在110～150℃下分兩步進(jìn)行橫向拉伸，每步的拉伸角度不同，拉伸角度的范圍依次為10～14°和8～12°，拉伸比為3～5，然后熱定型；最后在90～140℃下進(jìn)行熱處理，制得鋰電池隔膜還涉及一種橫向拉伸機(jī)，包括導(dǎo)軌，拉伸區(qū)域中設(shè)有兩個(gè)拉伸角，拉伸角的范圍依次為10～14°和8～12°，其中，拉伸角是相對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌的夾角。
文檔編號(hào)B29C55/14GK102241142SQ20111012582
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者劉金云, 吳敏, 琚曉暉, 趙東波, 陳春, 馬馳 申請(qǐng)人:中材科技股份有限公司