鋰離子微孔膜生產工藝的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種鋰離子微孔膜生產工藝。
【背景技術】
[0002]目前世界上常用的電池有:一次性的堿性鋅錳電池、可充電的鎳電池、鉛酸蓄電池、鋰離子電池等4種。其中鋰離子電池由于其高效、安全、工作電壓高、能量密度大、長循環壽命、無記憶效應、無污染等優點已逐步成為各類電子產品的主要電源。
[0003]中國雖然是世界上最重要的鋰離子電池生產國之一，但鋰離子電池產品的質量處于中、低端水平。鋰離子微孔膜嚴重依賴進口，據數據顯示，2013年我國從日、美、韓等國家進口鋰離子微孔膜的金額為3.2億美元。鋰離子微孔膜的研發尤其是產業化方面，我國仍遠遠落后于世界先進水平。
[0004]微孔膜是鋰離子電池的重要組成部分，微孔膜的優劣直接影響了電池的內阻、容量、循環性能等特性。以往的鋰離子微孔膜多是單層膜，這種微孔膜的強度和透氣性較差導致目前鋰離子電池的循環性能差、電池壽命短，因此如何提高微孔膜的性能是目前急需解決的技術問題。
【發明內容】
[0005]本發明旨在解決上述所提及的技術問題，提供一種鋰離子微孔膜生產工藝。
[0006]本發明是通過以下的技術方案實現的:鋰離子微孔膜生產工藝依次包括以下步驟:成片步驟，聚乙烯原料和聚丙烯原料在擠出機中形成熔體流出，在擠出機外，設置卷曲設備和冷風機使聚乙烯原料和聚丙烯原料形成聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜；熱復合步驟，將聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜設置在熱壓設備中復合，然后在冷卻設備中形成復合薄膜；熱處理步驟，設置熱風設備持續對加熱爐中的復合薄膜吹熱風；拉伸步驟，用拉伸設備拉伸復合薄膜。
[0007]優選的，成片步驟中的擠出機在熔體出口處設置擠出模頭，擠出模頭緊貼卷曲設備，擠出模頭和所述卷曲設備間的距離< 7mm。
[0008]優選的，成片步驟中擠出機處理聚乙烯原料的溫度為200-210°C，擠出機處理聚丙烯原料的溫度為210-230°C。
[0009]優選的，卷曲設備、熱壓設備、冷卻設備和拉伸設備都設置有勻速轉動的輥軸和驅動個輥軸轉動的電機，卷曲設備、熱壓設備、冷卻設備和拉伸設備中的各輥軸至少由一個電機驅動。
[0010]優選的，卷曲設備的棍軸處理聚乙稀原料時線速度為35-40m/min，溫度為110-120°C，拉伸比在250倍以上；卷曲設備的輥軸處理聚丙烯原料時線速度為30-35m/min，溫度為85-95°C，拉伸比在200倍以上；冷風機的溫度為20_30°C。
[0011]優選的，熱復合步驟中熱壓設備和冷卻設備的輥軸的線速度為5-6m/min ;熱壓設備的輥軸溫度為120-130°C，冷卻設備的輥軸溫度為45-55°C。
[0012]優選的，熱處理步驟中熱風設備持續作用復合薄膜的時間為5-7小時，溫度為120-130°C。
[0013]優選的，拉伸步驟依次包括冷拉伸步驟和熱拉伸步驟；冷拉伸步驟中輥軸的溫度為40-50°C，拉伸比為15-25% ;熱拉伸步驟中輥軸的溫度為115-125°C，拉伸比為110-120%。
[0014]優選的，熱拉伸步驟完成后控制溫度在125-135°C的下停留20-30秒。
[0015]優選的，復合薄膜為三層結構，中間層為聚乙烯薄膜，上、下層為聚丙烯薄膜。
[0016]有益效果是:本發明描述了一種聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜復合成的三層薄膜的生產工藝，這種工藝與現有工藝相比，增大了聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜成片的拉伸比和復合薄膜熱壓的線性壓力，并且針對不同步驟的需要設定輥軸的線速度，從而使得微孔膜強度增加、透氣性和平衡性加強。本發明描述工藝中聚乙烯和聚丙烯原料均選用超高分子量原料，使得拉伸過程中，拉伸溫度和拉伸倍率變化對超高分子原料的影響較小。
【具體實施方式】
[0017]本實施例的一種鋰離子微孔膜生產工藝，包括成片步驟、熱復合步驟、熱處理步驟和拉伸步驟。
[0018]成片步驟:聚乙烯原料和聚丙烯原料在擠出機中形成熔體流出，在擠出機外，設置卷曲設備和冷風機使聚乙烯原料和聚丙烯原料形成聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜。擠出機在熔體出口處設置擠出模頭，擠出模頭緊貼卷曲設備，擠出模頭和卷曲設備間的距離< 7mm，擠出模頭優選的采用衣架形垂直布置的擠出模頭，擠出模頭的幅寬優選為1000mm，間隙寬優選為3mm，溫度優選為200-210°C，卷曲設備的輥軸處理聚乙烯原料時線速度優選為40m/min，溫度優選為115°C，拉伸比在250倍以上；卷曲設備的輥軸處理聚丙烯原料時線速度優選為32m/min，溫度優選為90°C，拉伸比在200倍以上；冷風機的溫度優選為25°C。成片步驟得到的聚乙烯薄膜膜厚11 ym，彈性回復率為29.6% ;成片步驟得到的聚丙烯薄膜膜厚12ym。在150°C經60分鐘熱處理后，聚丙烯薄膜的100%彈性回復率為88.2%。成片步驟的目的是通過高倍率的拉伸使聚乙烯原料和聚丙烯原料的分子鏈排列成片晶結構。
[0019]熱復合步驟:將聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜設置在熱壓設備中復合，然后在冷卻設備中形成復合薄膜。復合薄膜優選為三層結構，中間層為聚乙烯薄膜，上、下層為聚丙烯薄膜。熱壓設備和冷卻設備的輥軸的線速度優選為5.4m/min ;熱壓設備的輥軸溫度優選為125°C，冷卻設備的輥軸溫度優選為50°C。熱復合步驟得到的復合薄膜膜厚34 y m，復合薄膜的每層膜之間的剝離強度為16g/15mm。熱復合步驟的目的是提高聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜復合成的三層薄膜的物理性能。
[0020]熱處理步驟:設置熱風設備持續對加熱爐中的復合薄膜吹熱風。熱風設備持續作用復合薄膜的時間優選為6小時，溫度優選為125°C。熱處理步驟的目的是消除復合薄膜的內應力，并修正熱復合步驟中形成的缺陷，提高薄膜間的貼合度。
[0021]拉伸步驟:用拉伸設備拉伸復合薄膜。拉伸步驟依次包括冷拉伸步驟和熱拉伸步驟；冷拉伸步驟中輥軸的溫度優選為45 °C，拉伸比優選為20% ;熱拉伸步驟中輥軸的溫度優選為120°C，拉伸比優選為115%。熱拉伸步驟完成后控制溫度優選在130°C的下停留25秒。拉伸步驟得到的復合薄膜熱松弛度為16.7%。冷拉伸步驟的目的是通過低溫拉伸使得成片步驟所形成的片晶結構破裂，出現微小裂痕；熱拉伸步驟的目的是把裂痕繼續拉大，從而形成微孔。
[0022]本實施例的一種鋰離子微孔膜生產工藝生產出的復合薄膜滿足以下技術指標:厚度為15-40 y m，微孔的孔隙率為38 %，透氣值為200-1200 s/100ml，熱收縮為1.05h/90°C，拉伸強度彡1500 Kgf/cm2，穿刺強度為4N。
[0023]通過上述鋰離子微孔膜生產工藝克服了以下技術難點:選擇聚乙烯原料和聚丙烯原料的復合材料在高倍率拉伸下能夠得到理想的片晶結構；復合材料在溫度過高時不會因為聚丙烯薄膜易形成球晶而產生裂紋，溫度過低時不會因為聚丙烯薄膜表面摩擦力大而產生細皺紋；熱復合步驟速度提高，產量提升；生產完成的復合薄膜熱松弛度低，透氣性較好。
[0024]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而并非對其進行限制，凡未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明技術方案的范圍內。
【主權項】
1.鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于依次包括以下步驟:成片步驟，聚乙烯原料和聚丙烯原料在擠出機中形成熔體流出，在擠出機外，設置卷曲設備和冷風機使聚乙烯原料和聚丙烯原料形成聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜；熱復合步驟，將聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜設置在熱壓設備中復合，然后在冷卻設備中形成復合薄膜；熱處理步驟，設置熱風設備持續對加熱爐中的復合薄膜吹熱風；拉伸步驟，用拉伸設備拉伸復合薄膜。2.根據權利要求1所述的鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于，所述成片步驟中的擠出機在熔體出口處設置擠出模頭，擠出模頭緊貼卷曲設備，所述擠出模頭和所述卷曲設備間的距離< 7_。3.根據權利要求1所述的鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于，所述成片步驟中擠出機處理聚乙烯原料的溫度為200-210°C，擠出機處理聚丙烯原料的溫度為210-230°C。4.根據權利要求1所述的鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于，所述卷曲設備、熱壓設備、冷卻設備和拉伸設備都設置有勻速轉動的輥軸和驅動個輥軸轉動的電機，所述卷曲設備、熱壓設備、冷卻設備和拉伸設備中的各輥軸至少由一個電機驅動。5.根據權利要求4所述的鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于，所述卷曲設備的輥軸處理聚乙烯原料時線速度為35-40m/min，溫度為110_120°C，拉伸比在250倍以上；所述卷曲設備的輥軸處理聚丙烯原料時線速度為30-35m/min，溫度為85-95 °C，拉伸比在200倍以上；所述冷風機的溫度為20-30°C。6.根據權利要求4所述的鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于，所述熱復合步驟中熱壓設備和冷卻設備的輥軸的線速度為5-6m/min ;所述熱壓設備的輥軸溫度為120-130°C，冷卻設備的輥軸溫度為45-55 °C。7.根據權利要求1所述的鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于，所述熱處理步驟中熱風設備持續作用復合薄膜的時間為5-7小時，溫度為120-130°C。8.根據權利要求4所述的鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于，所述拉伸步驟依次包括冷拉伸步驟和熱拉伸步驟；冷拉伸步驟中輥軸的溫度為40-50°C，拉伸比為15-25% ;熱拉伸步驟中輥軸的溫度為115-125°C，拉伸比為110-120%。9.根據權利要求8所述的鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于，所述熱拉伸步驟完成后控制溫度在125-135°C的下停留20-30秒。10.根據權利要求1所述的鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于，所述復合薄膜為三層結構，中間層為聚乙烯薄膜，上、下層為聚丙烯薄膜。
【專利摘要】本發明公開了一種鋰離子微孔膜生產工藝。鋰離子微孔膜生產工藝，其特征在于依次包括以下步驟：成片步驟，聚乙烯原料和聚丙烯原料在擠出機中形成熔體流出，在擠出機外，設置卷曲設備和冷風機使聚乙烯原料和聚丙烯原料形成聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜；熱復合步驟，將聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜設置在熱壓設備中復合，然后在冷卻設備中形成復合薄膜；熱處理步驟，設置熱風設備持續對加熱爐中的復合薄膜吹熱風；拉伸步驟，用拉伸設備拉伸復合薄膜。
【IPC分類】H01M2/14, H01M2/16
【公開號】CN105244465
【申請號】CN201510678733
【發明人】文斌森
【申請人】江門市蓬江區華龍包裝材料有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月20日