一種新型鋰離子電池隔膜及其生產方法
2023-05-06 15:32:01
專利名稱：一種新型鋰離子電池隔膜及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種新型鋰離子電池隔膜及其生產方法。
背景技術：
電池隔膜是電池生產中不可缺少的材料，它往往採用絕緣性能好而且氣體透過性好的微孔隔膜製成。製成隔膜的材料一般選用聚烯烴，因其具有較高的絕緣性、較寬的溫度使用範圍、極強的憎水性，是生產鋰電池的理想隔膜材料。但聚烯烴微孔膜的製備比較困難，拉伸法是經濟實用的方法，由於生產過程不涉及溶劑且易於工業化，並且得到的微孔膜力學性能優異，所以倍受人們青睞。目前用拉伸法製備聚烯烴類微孔膜的方法有兩種一種是用在聚丙烯中加入或不加入添加劑的辦法先生成結晶，然後拉伸，也可在聚烯烴中混入其它高分子或無機物添加劑，再拉伸得到具有微孔的聚丙烯膜(如中國專利公開號為CN1034375A和CH1017682B)。這種微孔膜孔隙率較低，孔徑均勻性差，氣體透過性不好，往往難於在電池中實際使用。且所選的結晶成核劑成本很高，來源受限，成核效果較難控制。另外一種方法是採用硬彈性膜拉伸的方法生產聚丙烯微孔電池隔膜，將通常結晶型聚丙烯較低溫度熔融擠出，快速冷卻，高速牽引以獲得高的熔融應力，再退火形成彈性膜。然後在較低溫度下縱向拉伸，熱定型得到。這樣的微孔膜可有較高的孔隙率與氣體透過性，可做鋰離子電池及其它電池隔膜使用。但該隔膜的缺點是橫向強度極低，孔型狹長，且製備工藝複雜，因而限制了它的使用。
發明內容
本發明的目的是提供一種製備工藝簡單，孔隙率高，孔徑勻稱，縱橫強度均好，且通透性良好，成本低的新型鋰離子電池隔膜及其生產方法。
本發明的新型鋰離子電池隔膜，主要原料為聚烯烴樹脂，其特徵在於在上述原料內加入有0.001～3％的結晶成核劑，所述結晶成核劑為醯胺類化合物，其化學式為R-(c＝o)-R』-(c＝0)-R。
這種新型鋰離子電池隔膜的生產方法是(1)在電腦全程控制下經上料系統將含有0.001～3％結晶成核劑的聚烯烴樹脂加入擠出機，在130-280℃溫度範圍熔融擠出，然後經冷卻輥在40-110℃的溫度範圍內輥壓成原始平膜，(2)將原始平膜在40-120℃溫度下依次送入全自動縱橫向拉伸機拉伸成型，成型厚度為8-100微米，最後在100-150℃溫度下進行熱定型0.5-10分鐘。
由於選用的結晶成核劑醯胺類化合物結晶轉化率高達93％以上，且價格低廉，來源豐富，用其與聚烯烴樹脂製成的鋰離子電池隔膜孔隙率高，還具有高的空氣滲透性，因此具有良好的離子通透性，其流量平均孔徑50-800微米，孔型勻稱，縱向和橫向強度均較高，孔徑分布指數≤2。從上述可知，本發明的隔膜具有孔隙率高和高離子通透性，其備制方法簡單，降低了生產成本。
具體實施例方式
本發明有以下的實施例，在電腦全程控制下，經上料系統將佔總量0.001～3％的結晶成核劑醯胺類化合物(化學結構式為R-(c＝o)-R』-(c＝0)-R)均勻加入聚烯烴樹脂內用擠出機熔融擠出，然後冷卻輥成高結晶含量的原始平膜，將該平膜依次放入全自動縱橫雙向拉伸機進行連續拉伸，然後熱定型成鋰離子電池隔膜。上述過程中的聚烯烴熔融指數應在0.5-10之內。熔融擠出的溫度選為130-280℃之間，原始平膜在冷卻輥內的輥壓溫度為40-110℃。通常結晶型K值含量在0.5以上，最佳在0.8以上。通常結晶成核劑與結晶型K值的關係用下表顯示
當其它條件一定時，原始平膜的結晶型K值含量越高越利於微孔的形成，而降低冷卻速度可以提高結晶型含量。為此，可以調整擠出速度和牽引速度以及冷卻輥速度，使原始平膜有足夠的冷卻時間，通常在30分鐘以內。
從冷卻輥出來的結晶含量較高的原始平膜直接進入縱拉機和橫拉機，拉伸速度以拉伸溫度的高低進行調整。一般兩個互相垂直方向上的拉伸速度可以相同，也可以略有不同。拉伸速度對微孔的影響較小，但對於拉伸成膜性卻有很大影響。本發明採用的單向拉伸速度為0.1-10米/分。在較低的溫度下可採用較小拉伸速率，反之亦然。拉伸倍數對微孔的形成有很大的影響，拉伸倍數過低時，微孔得不到充分發展，拉伸倍數過大時，垂直於拉伸方向發生收縮而使微孔重新彌合。一般兩個相互方向上的拉伸倍數設定為相同值，這樣可以保證孔型的勻稱。本發明選用的單向拉伸倍數範圍為1.5-5.5。
由於拉伸溫度過高時，微孔難於形成，溫度過低時，可拉伸性較差。所以本發明採用最佳拉伸溫度為40-120℃。為了提高膜的穩定性和膜面平整性，本發明對拉伸後的膜採用了緊張熱定型的工藝，建議熱定型溫度為100-150℃，時間0.5-10分鐘。
由於採用電腦控制全自動縱橫雙向拉伸機，本發明的俚離子電池隔膜的幅度可達一米或更寬，生產速度0.1-50米/分，膜的厚度範圍8-100微米，厚度公差2-8％以內。
本發明的鋰子電池隔膜可廣泛用於鋰原電池和二次電池，由於膜本身是非親水性的，將其進行親水處理後，亦可用於其它各類電池。
權利要求
1.一種新型鋰離子電池隔膜，其主要原料為聚烯烴樹脂，其特徵在於在聚烯烴樹脂內加入有0.001-3％的結晶成核劑醯胺類化合物。
2.一種新型鋰離子電池隔膜的生產方法(1)在電腦全程控制下經上料系統將含有0.001-3％的結晶成核劑的聚烯烴樹脂加入擠出機，在130-280℃溫度範圍熔融擠出，然後經過冷卻輥在40-110℃的溫度範圍內輥壓成原始平膜，(2)將原始平膜在40-120℃溫度下送入全自動縱橫雙向拉伸機拉伸成型，成型厚度為8-100微米，最後在100-150℃溫度下進行熱定型0.5-10分鐘。
全文摘要
一種新型鋰離子電池隔膜及其生產方法，它包含有聚烯烴樹脂，其特徵在於在聚烯烴樹脂內加入有結晶成核劑醯胺類化合物。其生產方法是(1)在電腦全程控制下經上料系統將含有0.001－3％的結晶成核劑的聚烯烴樹脂加入擠出機，在130－280℃溫度範圍熔融擠出，然後經過冷卻輥在40－110℃的溫度範圍內輥壓成原始平膜，(2)將原始平膜在40－120℃溫度下送入縱橫雙向拉伸機拉伸成型，最後在100－150℃溫度下進行熱定型。由於選用結晶成核劑醯胺類化合物結晶轉化率高且價格低，來源豐富，用其與聚烯烴樹脂製成的電池隔膜孔隙率高，孔型勻稱，縱橫向強度均好，其備制工藝簡單，成本低，可廣泛用於鋰原電池和二次電池，將其親水處理後亦可用於其它各類電池。
文檔編號C08J5/22GK1514501SQ03126299
公開日2004年7月21日 申請日期2003年8月8日 優先權日2003年8月8日
發明者徐亮, 王向東, 楊書廷, 亮 徐 申請人:新鄉無氧銅材總廠, 新鄉市格瑞恩新能源材料有限公司