CN110911614A - 制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、方法及制得的隔膜 - Google Patents

制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、方法及制得的隔膜 Download PDF

Info

Publication number
CN110911614A
CN110911614A CN201911110848.9A CN201911110848A CN110911614A CN 110911614 A CN110911614 A CN 110911614A CN 201911110848 A CN201911110848 A CN 201911110848A CN 110911614 A CN110911614 A CN 110911614A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hot
cold
rollers
layer
unwinding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911110848.9A
Other languages
English (en)
Inventor
刘建金
程庚
范宇
姚坤
陈官茂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Zhongxing New Material Technology Ltd By Share Ltd
Original Assignee
Shenzhen Zhongxing New Material Technology Ltd By Share Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Zhongxing New Material Technology Ltd By Share Ltd filed Critical Shenzhen Zhongxing New Material Technology Ltd By Share Ltd
Priority to CN201911110848.9A priority Critical patent/CN110911614A/zh
Publication of CN110911614A publication Critical patent/CN110911614A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、相应的一种用于制备多层聚合物隔膜的拉伸方法及进一步地制备多层聚合物隔膜的方法。该拉伸装置包括依序布置的放卷段、第一冷拉段、第二冷拉段、第一热拉段、第二热拉段和定型段。通过该拉伸装置和方法可以一次性制备包含具有不同的结构性能和理化性能的隔膜，如不同的孔隙率和/或平均孔径多层聚合物隔膜。本发明还公开了一种锂离子电池隔膜和一种包含该锂离子电池隔膜的锂离子电池。该锂离子电池隔膜为多层聚合物隔膜，其中至少一层聚合物隔膜的孔隙率和/或平均孔径和/或其它性能不同其他层的聚合物隔膜，可满足锂离子电池的不同应用需求。

Description

制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、方法及制得的隔膜
技术领域
本申请涉及聚合物隔膜技术领域和锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、一种用于制备多层聚合物隔膜的拉伸方法、一种制备多层聚合物隔膜的方法、一种锂离子电池隔膜及一种锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有能量密度较大、大电流放电能力强、额定电压高、循环寿命长等优点，在数码产品、电动自行车、电动摩托、电动汽车、电力储能、通信储能等多个行业及领域得到广泛应用。
锂离子电池主要由正极、负极、电解液和聚合物隔膜组成。锂离子电池干法膜通常采用聚乙烯、聚丙烯作为原料，先由挤出机高温熔融塑化，再挤出、铸片，形成片晶规整排列的预制膜；随后在一定温度、张力下热处理，完善片晶体；再经过拉伸形成多孔膜；后续进行多层聚合物隔膜的分层、分切。
目前，在锂离子电池隔膜制备方法中，拉伸工序中通常采用多层复合拉伸，且拉伸后的聚合物隔膜的结构性能和理化性能均相似、均一，对于结构和性能的调整手段比较单一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于制备结构性能和理化性能非均一的多层聚合物隔膜的拉伸工具和方法，制得的多层聚合物隔膜用作锂离子电池隔膜，可满足锂离子电池的不同应用需求。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
在第一方面，本发明提供一种用于制备多层聚合物隔膜的拉伸装置，该拉伸装置包括依序布置的放卷段、第一冷拉段、第二冷拉段、第一热拉段、第二热拉段和定型段，
该放卷段、该第一冷拉段和该第一热拉段分别具有数量相同的多根放卷辊、多根第一冷拉辊和多根第一热拉辊，每根放卷辊可以单独控制放卷速度，每根第一冷拉辊可以单独控制冷拉温度和冷拉速比，每根第一热拉辊可以单独控制热拉温度和热拉速比，
其中多个单层聚合物隔膜通过该放卷段、该第一冷拉段、该第二冷拉段、该第一热拉段、该第二热拉段和该定型段被制成包含具有不同孔隙率和/或平均孔径的单层聚合物隔膜复合的多层聚合物隔膜。
进一步地，该第二冷拉段包括依次布置的第一汇集辊、第二冷拉辊和第一过渡辊，该第二热拉段包括依次布置的第二汇集辊、第二热拉辊和第二过渡辊，该定型段包括定型辊。
进一步优选地，该多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊的数量为3的倍数，或者为3的倍数加2。这样的设置可以用于制备多个三层聚合物隔膜，这将在下文中作进一步的描述。
在第二方面，本发明提供一种采用本发明第一方面的拉伸装置制备多层聚合物隔膜的拉伸方法，该方法包括以下步骤：
(1)将多个单层聚合物隔膜卷材分别通过该多根放卷辊放卷，形成多个放卷的单层聚合物隔膜，其中该多根放卷辊采用不同的放卷入口速度；
(2)将该多个放卷的单层聚合物隔膜分别通过该多根第一冷拉辊进行冷拉，形成多个经冷拉的单层聚合物隔膜，其中该多根第一冷拉辊中有至少一根辊被设置成具有比其他辊不同的冷拉温度和冷拉速比；
(3)将该多个经冷拉的单层聚合物隔膜通过该第一汇集辊汇集在一起，然后通过该第二冷拉辊进行冷拉，由于冷拉温度较低，冷拉后隔膜间的粘结力小，再通过该第一过渡辊分开成多个单层聚合物隔膜；
(4)将该分开的多个单层聚合物隔膜分别通过该多根第一热拉辊进行热拉，形成多个经热拉的单层聚合物隔膜，其中该多根第一热拉辊中有至少一根辊被设置成具有比其他辊不同的热拉温度和热拉速比；
(5)将该多个经热拉的单层聚合物隔膜通过该第二汇集辊汇集在一起，然后通过该第二热拉辊进行热拉，再通过该第二过渡辊进入该定型段进行定型，制成包含具有不同孔隙率和/或平均孔径的单层聚合物隔膜的多层聚合物隔膜。
进一步优选地，在该多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊的数量为3的倍数的情况下，该多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊分别分成一组或多组由三根该放卷辊构成的放卷辊组、由三根该第一冷拉辊构成的第一冷拉辊组或由三根该第一热拉辊构成的第一热拉辊组，其中，
每组放卷辊组中的上放卷辊和下放卷辊被设置成具有相同的放卷速度，中间辊被设置成具有与上放卷辊和下放卷辊不同的放卷速度；
每组第一冷拉辊组中的上冷拉辊和下冷拉辊被设置成具有相同的冷拉温度和冷拉速比，中间冷拉辊被设置成具有与上冷拉辊和下冷拉辊不同的冷拉温度和冷拉速比；
每组第一热拉辊组中的上热拉辊和下热拉辊被设置成具有相同的热拉温度和热拉速比，中间热拉辊被设置成具有与上热拉辊和下热拉辊不同的热拉温度和热拉速比，
由此一次拉伸成型制得的多层聚合物隔膜包含多组三层聚合物隔膜，其中每组三层聚合物隔膜的上层和下层具有相同的孔隙率和/或平均孔径，中间层具有与上层和下层不同的孔隙率和/或平均孔径。
或者，进一步优选地，在该多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊的数量为3的倍数加2的情况下，除了最上方和最下方的放卷辊、最上方和最下方的冷拉辊及最上方和最下方的热拉辊外，其余的多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊分别分成一组或多组由三根该放卷辊构成的放卷辊组、由三根该第一冷拉辊构成的第一冷拉辊组或由三根该第一热拉辊构成的第一热拉辊组，其中，
每组放卷辊组中的上放卷辊和下放卷辊被设置成具有相同的放卷速度，中间辊被设置成具有与上放卷辊和下放卷辊不同的放卷速度；
每组第一冷拉辊组中的上冷拉辊和下冷拉辊被设置成具有相同的冷拉温度和冷拉速比，中间冷拉辊被设置成具有与上冷拉辊和下冷拉辊不同的冷拉温度和冷拉速比；
每组第一热拉辊组中的上热拉辊和下热拉辊被设置成具有相同的热拉温度和热拉速比，中间热拉辊被设置成具有与上热拉辊和下热拉辊不同的热拉温度和热拉速比，
由此一次拉伸成型制得的多层聚合物隔膜除了最上层和最下层外，包含多组三层聚合物隔膜，其中每组三层聚合物隔膜的上层和下层具有相同的孔隙率和/或平均孔径，中间层具有与上层和下层不同的孔隙率和/或平均孔径。
该最上层和最下层的聚合物隔膜可以作为保护膜弃去。
在第三方面，本发明提供一种制备多层聚合物隔膜的方法，该方法包括以下步骤：
(1)挤出流延：将聚合物材料经过熔融挤出、流延，制成单层聚合物隔膜卷材；
(2)退火：将制得的单层聚合物隔膜卷材通过热处理进行退火；
(3)拉伸：采用本发明第二方面的拉伸方法，将多个单层聚合物隔膜卷材通过该放卷段、该第一冷拉段、该第二冷拉段、该第一热拉段、该第二热拉段和该定型段进行拉伸、定型处理，制得该多层聚合物隔膜。
进一步地，对于包含该多组三层聚合物隔膜的多层聚合物隔膜，还包括以下步骤：
(4)分离：将该多组三层聚合物隔膜进行分离，得到多个单独的三层聚合物隔膜，其中每个三层聚合物隔膜的上层和下层具有相同的孔隙率和/或平均孔径，中间层具有与上层和下层不同的孔隙率和/或平均孔径。
在第四方面，本发明提供一种锂离子电池隔膜，该锂离子电池隔膜通过本发明第三方面的制备方法制得。
因此，该锂离子电池隔膜为多层聚合物隔膜，其包含具有不同孔隙率和/或平均孔径的单层聚合物隔膜。也即，该锂离子电池隔膜不是具有均匀相同的孔隙率和/或平均孔径，而是在各层中能够按需调节不同的孔隙率和/或平均孔径。
在第五方面，本发明提供一种锂离子电池，其包含本发明第五方面的锂离子电池隔膜。
因此，该锂离子电池中的锂离子电池隔膜不是具有均匀相同的孔隙率和/或平均孔径，而是在各层中能够按需调节不同的孔隙率和/或平均孔径，可以实现不同的孔结构和理化性能，可满足锂离子电池的不同应用需求。
本发明的有益效果：
1.本发明公开了一种用于制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、相应的一种用于制备多层聚合物隔膜的拉伸方法及进一步地制备多层聚合物隔膜的方法。通过该拉伸装置和方法可以制备包含具有不同的结构性能和理化性能如不同的孔隙率和/或平均孔径的单层聚合物隔膜的多层聚合物隔膜，而且仅需一次拉伸成型即可制备，大大提高效率。
可以按需制备出其中每层聚合物隔膜具有不同孔隙率和/或平均孔径的多层聚合物隔膜，或者其中至少一层聚合物隔膜的孔隙率和/或平均孔径不同于其他层聚合物隔膜的多层聚合物隔膜。这种多层聚合物隔膜是结构和理化性能非均一化的隔膜，可以满足特定应用场合中对于隔膜的特殊要求，例如可以应用于锂离子电池隔膜，但不限于锂离子电池隔膜。
2.本发明公开了一种锂离子电池隔膜和一种包含该锂离子电池隔膜的锂离子电池。该锂离子电池隔膜为多层聚合物隔膜，其中至少一层聚合物隔膜的孔隙率和/或平均孔径不同于其他层聚合物隔膜。也即，该锂离子电池隔膜不是具有均匀相同的孔隙率和/或平均孔径，而是在各层中能够按需调节不同的孔隙率和/或平均孔径，可以实现不同的孔结构和理化性能，可满足锂离子电池的不同应用需求，例如可以保证电池的安全性，又满足聚合物隔膜对电解液的浸润性。
附图说明
图1显示现有的锂离子电池聚合物隔膜制备工艺中的拉伸装置示意图；
图2显示本发明的锂离子电池聚合物隔膜制备工艺中的拉伸装置示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1显示现有的锂离子电池聚合物隔膜制备工艺中的拉伸装置示意图，其中1'号辊组代表放卷段的放卷辊，2'号辊组代表是冷拉段的冷拉辊，3'号辊组代表热拉段的热拉辊，4'号辊组代表定型段的定型辊。由图1可见，现有的锂离子电池聚合物隔膜制备工艺在放卷段采用多个放卷辊放出多个单层聚合物隔膜，这些单层聚合物隔膜在冷拉段汇集，经过冷拉、热拉和定型，制备得到多层聚合物隔膜。由于多个单层聚合物隔膜在冷拉和热拉时的拉伸温度和拉伸倍率是一样的，因此制得的多层聚合物隔膜将具有均一的结构性能和理化性能，例如均一的孔隙率和/或平均孔径，不能实现对结构性能和理化性能如孔隙率和/或平均孔径的调整，限制了多层聚合物隔膜的应用。
图2显示本发明的锂离子电池聚合物隔膜制备方法中的拉伸装置示意图，其中1号辊组代表放卷段的放卷辊，2号辊组代表第一冷拉段的冷拉辊，3号辊组代表第一汇集辊，4号辊组代表第二冷拉段的冷拉辊和第一过渡辊，5号辊组代表第一热拉段的热拉辊，6号辊组代表第二汇集辊，7号辊组代表第二热拉段的热拉辊和第二过渡辊，8号辊组代表定型段的定型辊。
以下结合图2对本发明作更详细的描述。应理解的是，这些描述是示例性的，并不意在以任何方式限制本发明。本发明的保护范围由权利要求书限定。一、制备多层聚合物隔膜的拉伸装置
在本发明的一些实施方案中，本发明提供一种用于制备多层聚合物隔膜的拉伸装置，该拉伸装置包括依序布置的放卷段、第一冷拉段、第二冷拉段、第一热拉段、第二热拉段和定型段，
放卷段、第一冷拉段和第一热拉段分别具有数量相同的多根放卷辊、多根第一冷拉辊和多根第一热拉辊，每根放卷辊可以单独控制放卷速度，每根第一冷拉辊可以单独控制冷拉温度和冷拉速比，每根第一热拉辊可以单独控制热拉温度和热拉速比，
其中多个单层聚合物隔膜通过放卷段、第一冷拉段、第二冷拉段、第一热拉段、第二热拉段和定型段被制成包含具有不同孔隙率和/或平均孔径的单层聚合物隔膜复合的多层聚合物隔膜。
在本发明的一些具体实施方案中，第二冷拉段包括依次布置的第一汇集辊、第二冷拉辊和第一过渡辊，第二热拉段包括依次布置的第二汇集辊、第二热拉辊和第二过渡辊，定型段包括定型辊。
应指出的是，尽管图1所示的第一汇集辊、第二冷拉辊、第一过渡辊、第二汇集辊、第二热拉辊、第二过渡辊分别为一根，但根据需要也可以为多根。定型辊也可以为一根或多根。
在本发明的一些优选实施方案中，多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊的数量为3的倍数，或者为3的倍数加2。这样的设置可以用于制备多个三层聚合物隔膜，这将在下文中作进一步的描述。
二、制备多层聚合物隔膜的拉伸方法
在本发明的一些实施方案中，本发明提供一种采用该拉伸装置制备多层聚合物隔膜的拉伸方法，该方法包括以下步骤：
(1)将多个单层聚合物隔膜卷材分别通过多根放卷辊放卷，形成多个放卷的单层聚合物隔膜，其中该多根放卷辊采用不同的放卷入口速度；
(2)将多个放卷的单层聚合物隔膜分别通过多根第一冷拉辊进行冷拉，形成多个经冷拉的单层聚合物隔膜，其中多根第一冷拉辊中有至少一根辊被设置成具有比其他辊不同的冷拉温度和冷拉速比；
(3)将多个经冷拉的单层聚合物隔膜通过第一汇集辊汇集在一起，然后通过第二冷拉辊进行冷拉，由于冷拉温度较低，冷拉后隔膜间的粘结力小，再通过第一过渡辊分开成多个单层聚合物隔膜；
(4)将分开的多个单层聚合物隔膜分别通过多根第一热拉辊进行热拉，形成多个经热拉的单层聚合物隔膜，其中多根第一热拉辊中有至少一根辊被设置成具有比其他辊不同的热拉温度和热拉速比；
(5)将多个经热拉的单层聚合物隔膜通过第二汇集辊汇集在一起，然后通过第二热拉辊进行热拉，再通过第二过渡辊进入定型段进行定型，制成包含具有不同孔隙率和/或平均孔径的单层聚合物隔膜的多层聚合物隔膜。
应指出的是，本文所用的术语“单层聚合物隔膜”应作广义理解，意指在本发明的拉伸装置和拉伸工艺中被进料到单根放卷辊、还没有被拉伸和定型复合的隔膜材料。这里所谓的“单层”，主要是相对于单根放卷辊而言和相对于经过本发明的拉伸装置和拉伸工艺后被拉伸和定型复合得到的多层聚合物隔膜而言。事实上，进料到有些单根放卷辊的聚合物隔膜可能是预先复合的多层聚合物隔膜，但对于每根放卷辊而言，将预先复合的多层聚合物隔膜视为单层聚合物隔膜。
在步骤(1)中，放卷段的各放卷轴采用不同的放卷速度，以实现各单层聚合物隔膜不同的冷拉伸倍率。通常，放卷速度为2-10m/min。在步骤(2)中，控制第一冷拉段的每根冷拉辊的温度，以采用不同的冷拉温度，从而实现不同的冷拉速比、冷拉温度工艺下的多层聚合物隔膜的制备。通常，冷拉温度为40-120℃。在步骤(3)中，通常第二冷拉段的温度为60-130℃。在步骤(4)中，控制第一热拉段的每根热拉辊的温度，以实现130-155℃的不同热拉温度工艺下的多层聚合物隔膜的制备。在步骤(5)中，通常第二热拉段的温度为145-155℃。
本发明的制备多层聚合物隔膜的拉伸方法可单独控制各单层聚合物隔膜的放卷速度、冷拉温度和冷拉速比以及热拉温度和热拉速比，可以制备具有不同的结构和理化性能如不同的孔隙率和/或平均孔径的多层聚合物隔膜。
在本发明的一些优选实施方案中，多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊的数量为3的倍数。此时，多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊分别分成一组或多组由三根放卷辊构成的放卷辊组、由三根第一冷拉辊构成的第一冷拉辊组或由三根第一热拉辊构成的第一热拉辊组，其中，
每组放卷辊组中的上放卷辊和下放卷辊被设置成具有相同的放卷速度，中间辊被设置成具有与上放卷辊和下放卷辊不同的放卷速度；
每组第一冷拉辊组中的上冷拉辊和下冷拉辊被设置成具有相同的冷拉温度和冷拉速比，中间冷拉辊被设置成具有与上冷拉辊和下冷拉辊不同的冷拉温度和冷拉速比；
每组第一热拉辊组中的上热拉辊和下热拉辊被设置成具有相同的热拉温度和热拉速比，中间热拉辊被设置成具有与上热拉辊和下热拉辊不同的热拉温度和热拉速比，
由此一次拉伸成型制得的多层聚合物隔膜包含多组三层聚合物隔膜，其中每组三层聚合物隔膜的上层和下层具有相同的孔隙率和/或平均孔径，中间层具有与上层和下层不同的孔隙率和/或平均孔径。
在本发明的另一些优选实施方案中，多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊的数量为3的倍数加2。此时，除了最上方和最下方的放卷辊、最上方和最下方的冷拉辊及最上方和最下方的热拉辊外，其余的多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊分别分成一组或多组由三根放卷辊构成的放卷辊组、由三根第一冷拉辊构成的第一冷拉辊组或由三根第一热拉辊构成的第一热拉辊组，其中，
每组放卷辊组中的上放卷辊和下放卷辊被设置成具有相同的放卷速度，中间辊被设置成具有与上放卷辊和下放卷辊不同的放卷速度；
每组第一冷拉辊组中的上冷拉辊和下冷拉辊被设置成具有相同的冷拉温度和冷拉速比，中间冷拉辊被设置成具有与上冷拉辊和下冷拉辊不同的冷拉温度和冷拉速比；
每组第一热拉辊组中的上热拉辊和下热拉辊被设置成具有相同的热拉温度和热拉速比，中间热拉辊被设置成具有与上热拉辊和下热拉辊不同的热拉温度和热拉速比，
由此一次拉伸成型制得的多层聚合物隔膜除了最上层和最下层外，包含多组三层聚合物隔膜，其中每组三层聚合物隔膜的上层和下层具有相同的孔隙率和/或平均孔径，中间层具有与上层和下层不同的孔隙率和/或平均孔径。
最上层和最下层的聚合物隔膜可以作为保护膜弃去。
通常，对于上述三层聚合物隔膜的制备，中间层聚合物隔膜的放卷速度为2-6m/min，冷拉速比为1.05-1.4，冷拉温度为50-120℃，热拉伸倍率为1.6-3.5，热拉伸温度为130℃-155℃，定型速比为0.72-0.96，定型温度为155℃-165℃；上层和下层聚合物隔膜的放卷速度为3-7m/min，冷拉温度为40-110℃，冷拉速比为1.1-1.5，热拉伸倍率为1.8-4.0，热拉温度为155℃-165℃，定型温度为155℃-165℃，定型速比为0.72-0.96。
三、制备多层聚合物隔膜的方法
在本发明的一些实施方案中，本发明提供一种基于本发明的拉伸装置和拉伸方法来制备多层聚合物隔膜的方法，该方法包括以下步骤：
(1)挤出流延：将聚合物材料经过熔融挤出、流延，制成单层聚合物隔膜卷材；
(2)退火：将制得的单层聚合物隔膜卷材通过热处理退火；
(3)拉伸：采用本发明的拉伸方法，将多个单层聚合物隔膜卷材通过放卷段、第一冷拉段、第二冷拉段、第一热拉段、第二热拉段和定型段进行拉伸、定型处理，制得多层聚合物隔膜。
聚合物材料可以是任何适合于挤出流延的聚合物材料，例如聚烯烃，如聚乙烯或聚丙烯或者它们的组合。锂离子电池隔膜常使用聚乙烯或聚丙烯材料。通常，聚乙烯材料的熔融指数为0.5-5(g/10min,190℃)，重均分子量为(1.2×105-3.3×105)，分子量分布为4-8；聚丙烯材料的熔融指数为0.5-3.5(g/10min,230℃)，重均分子量为2×105-5×105，分子量分布为2-8。
在步骤(1)中，通常，挤出机螺杆转速为200-400rpm，挤出温度为200-300℃，模头温度为180-250℃，流延牵伸速度为80-160m/min，流延辊温度为60-90℃。
在步骤(2)中，通常通过将制得的单层聚合物隔膜卷材在烘箱中烘烤来进行热处理，通常烘烤温度为120-160℃，烘烤时间为8-20h。
通常，制得的多层聚合物隔膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜，或由聚乙烯和聚丙烯组成的多层复合微孔膜，其中基膜厚度为10-30μm，孔隙率范围为30％-60％，平均孔径范围为5-50nm。
在本发明的涉及包含多组三层聚合物隔膜的多层聚合物隔膜的优选实施方案中，制备多层聚合物隔膜的方法还包括以下步骤：
(4)分离：将多组三层聚合物隔膜经分层机分离，得到多个单独的三层聚合物隔膜，其中每个三层聚合物隔膜的上层和下层具有相同的孔隙率和/或平均孔径，中间层具有与上层和下层不同的孔隙率和/或平均孔径。
例如，对于6层的多层聚合物隔膜，可以分离成两个三层聚合物隔膜。又例如，对于11层的多层聚合物隔膜，可以将最上层和最下层的聚合物隔膜剥离弃去，然后将剩余的9层聚合物隔膜分离成三个三层聚合物隔膜。
四、锂离子电池隔膜
在本发明的一些实施方案中，本发明提供一种锂离子电池隔膜，该锂离子电池隔膜通过上文描述的制备多层聚合物隔膜的方法制得。
该锂离子电池隔膜为多层聚合物隔膜，其包含具有不同孔隙率和/或平均孔径的单层聚合物隔膜。也即，该锂离子电池隔膜不是具有均一的孔隙率和/或平均孔径，而是在各层中能够按需调节不同的孔隙率和/或平均孔径。
五、锂离子电池
在本发明的一些实施方案中，本发明提供一种锂离子电池，包含正极、负极、隔膜和电解液，其中隔膜为本发明的锂离子电池隔膜。
该锂离子电池中的锂离子电池隔膜不是具有均一的孔隙率和/或平均孔径，而是在各层中能够按需调节不同的孔隙率和/或平均孔径，可以实现不同的孔结构和理化性能，可满足锂离子电池的不同应用需求。
下文通过非限制性实施例对本发明进行举例说明。
实施例1
本实施例采用具有三根放卷辊、三根第一冷拉辊和三根第一热拉辊的拉伸设备制备三层聚乙烯隔膜。
将三个厚度为10μm的单层聚乙烯隔膜卷材分别通过三根放卷辊进行放卷，对于上层和下层聚乙烯隔膜，放卷速度为5m/min，对于中间层聚乙烯隔膜，放卷速度为4.5m/min。然后，分别通过三根第一冷拉辊进行冷拉，再通过第二冷拉辊进行冷拉。对于上层和下层聚乙烯隔膜，冷拉温度为100℃，对冷拉速比为1.1，对于中间层聚乙烯隔膜，冷拉辊温度为90℃，冷拉速比为1.2。然后，经冷拉后的三层聚乙烯隔膜在第一过渡辊处分开，分别通过三根第一热拉辊进行热拉，再通过第二热拉辊进行热拉。对于上层和下层聚乙烯隔膜，热拉温度为160℃，热拉速比为2.0，对于中间层聚乙烯隔膜，热拉温度为155℃，热拉速比为2.0。最后，经热拉后的三层聚乙烯隔膜通过第二过渡辊进入定型辊，在定型温度为160℃、定型速比为0.75的条件下进行定型，得到厚度为24μm的三层聚乙烯隔膜。该三层聚乙烯隔膜的上层和下层呈对称结构，孔隙率为38.5％，中间层孔隙率为43.2％。
该单层聚乙烯隔膜卷材可以市售获得，或者可以用聚乙烯原料经挤出流延和退火工艺制备得到，可采用本领域通常的工艺条件制备，在此不进行赘述。
制得的三层聚乙烯隔膜可以用作锂离子电池隔膜，与锂离子电池正极、负极和电解液一起组装成锂离子电池。
实施例2
本实施例采用具有六根放卷辊、六根第一冷拉辊和六根第一热拉辊的拉伸设备制备六层聚乙烯隔膜，经分离后得到两个三层聚乙烯隔膜。
将六个厚度为10μm的单层聚乙烯隔膜卷材分别通过六根放卷辊进行放卷。制备工艺条件的设置是，将该六根放卷辊、六根第一冷拉辊和六根第一热拉辊由上到下分成两组，每组包括相邻的三根放卷辊、三根第一冷拉辊和三根第一热拉辊，每组的上辊和下辊采用相同的放卷、拉伸条件，中间辊的放卷、拉伸条件与上辊和下辊不同。
在每组中，对于相应的上层和下层聚乙烯隔膜，放卷速度为4.7m/min，对于相应的中间层聚乙烯隔膜，放卷速度为5.2m/min。然后，分别通过三根第一冷拉辊进行冷拉，再通过第二冷拉辊进行冷拉。对于相应的上层和下层聚乙烯隔膜，冷拉温度为90℃，对冷拉速比为1.17，对于相应的中间层聚乙烯隔膜，冷拉辊温度为110℃，冷拉速比为1.05。然后，经冷拉后的三层聚乙烯隔膜在第一过渡辊处分开，分别通过三根第一热拉辊进行热拉，再通过第二热拉辊进行热拉。对于相应的上层和下层聚乙烯隔膜，热拉温度为160℃，热拉速比为1.8，对于相应的中间层聚乙烯隔膜，热拉温度为140℃，热拉速比为1.8。最后，经热拉后的两组共六层聚乙烯隔膜通过第二过渡辊进入定型辊，在定型温度为160℃、定型速比为0.75的条件下进行定型，得到厚度为48μm的六层聚乙烯隔膜，经分层机分离得到两个三层聚乙烯隔膜。该三层聚乙烯隔膜的上层和下层呈对称结构，孔隙率为40.7％，中间层孔隙率为35.1％。
该单层聚乙烯隔膜卷材可以市售获得，或者可以用聚乙烯原料经挤出流延和退火工艺制备得到，可采用本领域通常的工艺条件制备，在此不进行赘述。
制得的三层聚乙烯隔膜可以用作锂离子电池隔膜，与锂离子电池正极、负极和电解液一起组装成锂离子电池。
实施例3
本实施例采用具有三根放卷辊、三根第一冷拉辊和三根第一热拉辊的拉伸设备制备三层聚丙烯隔膜。
将三个厚度为10μm的单层聚丙烯隔膜卷材分别通过三根放卷辊进行放卷，对于上层和下层聚丙烯隔膜，放卷速度为5m/min，对于中间层聚丙烯隔膜，放卷速度为4.5m/min。然后，分别通过三根第一冷拉辊进行冷拉，再通过第二冷拉辊进行冷拉。对于上层和下层聚丙烯隔膜，冷拉温度为90℃，对冷拉速比为1.1，对于中间层聚丙烯隔膜，冷拉辊温度为60℃，冷拉速比为1.2。然后，经冷拉后的三层聚丙烯隔膜在第一过渡辊处分开，分别通过三根第一热拉辊进行热拉，再通过第二热拉辊进行热拉。对于上层和下层聚丙烯隔膜，热拉温度为158℃，热拉速比为1.8，对于中间层聚丙烯隔膜，热拉温度为130℃，热拉速比为1.8。最后，经热拉后的三层聚丙烯隔膜通过第二过渡辊进入定型辊，在定型温度为160℃、定型速比为0.75的条件下进行定型，得到厚度为24μm的三层聚丙烯隔膜。该三层聚丙烯隔膜的上层和下层呈对称结构，且各层孔隙率相近，上下两层孔径为36.3nm、中间层孔径为26.4nm。
该单层聚丙烯隔膜卷材可以市售获得，或者可以用聚丙烯原料经挤出流延和退火工艺制备得到，可采用本领域通常的工艺条件制备，在此不进行赘述。
制得的三层聚丙烯隔膜可以用作锂离子电池隔膜，与锂离子电池正极、负极和电解液一起组装成锂离子电池。
实施例4
本实施例采用具有六根放卷辊、六根第一冷拉辊和六根第一热拉辊的拉伸设备制备六层聚丙烯隔膜，经分离后得到两个三层聚丙烯隔膜。
将六个厚度为10μm的单层聚丙烯隔膜卷材分别通过六根放卷辊进行放卷。制备工艺条件的设置是，将该六根放卷辊、六根第一冷拉辊和六根第一热拉辊由上到下分成两组，每组包括相邻的三根放卷辊、三根第一冷拉辊和三根第一热拉辊，每组的上辊和下辊采用相同的放卷、拉伸条件，中间辊的放卷、拉伸条件与上辊和下辊不同。
在每组中，对于相应的上层和下层聚丙烯隔膜，放卷速度为4.5m/min，对于相应的中间层聚丙烯隔膜，放卷速度为5m/min。然后，分别通过三根第一冷拉辊进行冷拉，再通过第二冷拉辊进行冷拉。对于相应的上层和下层聚丙烯隔膜，冷拉温度为60℃，对冷拉速比为1.2，对于相应的中间层聚丙烯隔膜，冷拉辊温度为90℃，冷拉速比为1.1。然后，经冷拉后的三层聚丙烯隔膜在第一过渡辊处分开，分别通过三根第一热拉辊进行热拉，再通过第二热拉辊进行热拉。对于相应的上层和下层聚丙烯隔膜，热拉温度为160℃，热拉速比为1.8，对于相应的中间层聚丙烯隔膜，热拉温度为148℃，热拉速比为1.8。最后，经热拉后的两组共六层聚丙烯隔膜通过第二过渡辊进入定型辊，在定型温度为160℃、定型速比为0.75的条件下进行定型，得到厚度为48μm的六层聚丙烯隔膜，经分层机分离得到两个三层聚丙烯隔膜。该三层聚丙烯隔膜的上层和下层呈对称结构，且各层孔隙率相近，上下两层孔径为28.2nm，中间层孔径为38.7nm。
该单层聚丙烯隔膜卷材可以市售获得，或者可以用聚丙烯原料经挤出流延和退火工艺制备得到，可采用本领域通常的工艺条件制备，在此不进行赘述。
制得的三层聚丙烯隔膜可以用作锂离子电池隔膜，与锂离子电池正极、负极和电解液一起组装成锂离子电池。
以上应用了具体实例对本发明进行了阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。本发明所属技术领域的技术人员依据本发明的构思，还可以做出若干简单推演、变形或替换。这些推演、变形或替换方案也落入本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种用于制备多层聚合物隔膜的拉伸装置，其特征在于：
包括依序布置的放卷段、第一冷拉段、第二冷拉段、第一热拉段、第二热拉段和定型段，
所述放卷段、所述第一冷拉段和所述第一热拉段分别具有数量相同的多根放卷辊、多根第一冷拉辊和多根第一热拉辊，其中每根放卷辊可以单独控制放卷速度，每根第一冷拉辊可以单独控制冷拉温度和冷拉速比，每根第一热拉辊可以单独控制热拉温度和热拉速比，
其中多个单层聚合物隔膜通过所述放卷段、所述第一冷拉段、所述第二冷拉段、所述第一热拉段、所述第二热拉段和所述定型段被制成包含具有不同孔隙率和/或平均孔径的单层聚合物隔膜复合的多层聚合物隔膜。
2.根据权利要求1所述的拉伸装置，其特征在于，所述第二冷拉段包括依次布置的第一汇集辊、第二冷拉辊和第一过渡辊，所述第二热拉段包括依次布置的第二汇集辊、第二热拉辊和第二过渡辊，所述定型段包括定型辊。
3.一种采用根据权利要求1或2所述的拉伸装置制备多层聚合物隔膜的拉伸方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将多个单层聚合物隔膜分别通过所述多根放卷辊放卷，形成多个放卷的单层聚合物隔膜，其中所述多根放卷辊采用不同的放卷入口速度；
(2)将所述多个放卷的单层聚合物隔膜分别通过所述多根第一冷拉辊进行冷拉，形成多个经冷拉的单层聚合物隔膜，其中所述多根第一冷拉辊中有至少一根辊被设置成具有与其他辊不同的冷拉温度和冷拉速比；
(3)将所述多个经冷拉的单层聚合物隔膜通过所述第一汇集辊汇集在一起，然后通过所述第二冷拉辊进行冷拉，由于冷拉温度较低，冷拉后隔膜间的粘结力小，再通过所述第一过渡辊牵引分开成多个单层聚合物隔膜；
(4)将所述分开的多个单层聚合物隔膜分别通过所述多根第一热拉辊进行热拉，形成多个经热拉的单层聚合物隔膜，其中所述多根第一热拉辊中有至少一根辊被设置成具有比其他辊不同的热拉温度和热拉速比；
(5)将所述多个经热拉的单层聚合物隔膜通过所述第二汇集辊汇集在一起，然后通过所述第二热拉辊进行热拉，再通过所述第二过渡辊进入所述定型段进行定型，制成包含具有不同孔隙率和/或平均孔径的单层聚合物隔膜的多层聚合物隔膜。
4.根据权利要求3所述的拉伸方法，其特征在于：
在所述多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊的数量为3的倍数的情况下，所述多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊分别分成一组或多组由三根所述放卷辊构成的放卷辊组、由三根所述第一冷拉辊构成的第一冷拉辊组或由三根所述第一热拉辊构成的第一热拉辊组，其中，
每组放卷辊组中的上放卷辊和下放卷辊被设置成具有相同的放卷速度，中间辊被设置成具有与上放卷辊和下放卷辊不同的放卷速度；
每组第一冷拉辊组中的上冷拉辊和下冷拉辊被设置成具有相同的冷拉温度和冷拉速比，中间冷拉辊被设置成具有与上冷拉辊和下冷拉辊不同的冷拉温度和冷拉速比；
每组第一热拉辊组中的上热拉辊和下热拉辊被设置成具有相同的热拉温度和热拉速比，中间热拉辊被设置成具有与上热拉辊和下热拉辊不同的热拉温度和热拉速比；
此一次拉伸成型制得的多层聚合物隔膜包含多组三层聚合物隔膜，其中每组三层聚合物隔膜的上层和下层具有相同的孔隙率和/或平均孔径，中间层具有与上层和下层不同的孔隙率和/或平均孔径。
5.根据权利要求3所述的拉伸方法，其特征在于：
在所述多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊的数量为3的倍数加2的情况下，除了最上方和最下方的放卷辊、最上方和最下方的冷拉辊及最上方和最下方的热拉辊外，其余的多根放卷辊、多根第一冷拉辊或多根第一热拉辊分别分成一组或多组由三根所述放卷辊构成的放卷辊组、由三根所述第一冷拉辊构成的第一冷拉辊组或由三根所述第一热拉辊构成的第一热拉辊组，其中，
每组放卷辊组中的上放卷辊和下放卷辊被设置成具有相同的放卷速度，中间辊被设置成具有与上放卷辊和下放卷辊不同的放卷速度；
每组第一冷拉辊组中的上冷拉辊和下冷拉辊被设置成具有相同的冷拉温度和冷拉速比，中间冷拉辊被设置成具有与上冷拉辊和下冷拉辊不同的冷拉温度和冷拉速比；
每组第一热拉辊组中的上热拉辊和下热拉辊被设置成具有相同的热拉温度和热拉速比，中间热拉辊被设置成具有与上热拉辊和下热拉辊不同的热拉温度和热拉速比，
由此一次拉伸成型制得的多层聚合物隔膜除了最上层和最下层外，包含多组三层聚合物隔膜，其中每组三层聚合物隔膜的上层和下层具有相同的孔隙率和/或平均孔径，中间层具有与上层和下层不同的孔隙率和/或平均孔径。
6.一种制备多层聚合物隔膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)挤出流延：将聚合物材料经过熔融挤出、流延，制成单层聚合物隔膜卷材；
(2)退火：将制得的单层聚合物隔膜卷材通过热处理进行退火；
(3)拉伸：采用根据权利要求3-5中任一项所述的拉伸方法，将多个单层聚合物隔膜卷材通过所述放卷段、所述第一冷拉段、所述第二冷拉段、所述第一热拉段、所述第二热拉段和所述定型段进行拉伸、定型处理，制得所述多层聚合物隔膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，对于包含所述多组三层聚合物隔膜的多层聚合物隔膜，还包括以下步骤：
(4)分离：将所述多组三层聚合物隔膜进行分离，得到多个单独的三层聚合物隔膜，其中每个三层聚合物隔膜的上层和下层具有相同的孔隙率和/或平均孔径，中间层具有与上层和下层不同的孔隙率和/或平均孔径。
8.一种锂离子电池隔膜，其特征在于，所述锂离子电池隔膜通过根据权利要求6或7所述的制备方法制得。
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包含根据权利要求8所述的锂离子电池隔膜。
CN201911110848.9A 2019-11-14 2019-11-14 制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、方法及制得的隔膜 Pending CN110911614A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911110848.9A CN110911614A (zh) 2019-11-14 2019-11-14 制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、方法及制得的隔膜

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911110848.9A CN110911614A (zh) 2019-11-14 2019-11-14 制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、方法及制得的隔膜

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110911614A true CN110911614A (zh) 2020-03-24

Family

ID=69817474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911110848.9A Pending CN110911614A (zh) 2019-11-14 2019-11-14 制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、方法及制得的隔膜

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110911614A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113223867A (zh) * 2021-03-23 2021-08-06 宁波中车新能源科技有限公司 一种混合电容器用纤维素隔膜及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201868497U (zh) * 2010-10-08 2011-06-15 东莞市科硕机械科技有限公司 锂电池隔膜分层机
CN105500724A (zh) * 2015-12-18 2016-04-20 江苏安瑞达新材料有限公司 一种动力锂电池隔膜的制备方法
CN109065817A (zh) * 2018-08-22 2018-12-21 深圳市博盛新材料有限公司 一种多孔多层复合隔膜及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201868497U (zh) * 2010-10-08 2011-06-15 东莞市科硕机械科技有限公司 锂电池隔膜分层机
CN105500724A (zh) * 2015-12-18 2016-04-20 江苏安瑞达新材料有限公司 一种动力锂电池隔膜的制备方法
CN109065817A (zh) * 2018-08-22 2018-12-21 深圳市博盛新材料有限公司 一种多孔多层复合隔膜及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113223867A (zh) * 2021-03-23 2021-08-06 宁波中车新能源科技有限公司 一种混合电容器用纤维素隔膜及其制备方法
CN113223867B (zh) * 2021-03-23 2023-07-04 宁波中车新能源科技有限公司 一种混合电容器用纤维素隔膜及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110815763B (zh) 制备高强度高模量的聚烯烃薄膜的设备及方法和高强度高模量的聚烯烃薄膜
JP6517965B2 (ja) 薄型電池セパレータおよび方法
US5691047A (en) Porous multi-layer film
CN108352480B (zh) 改进的层压多层膜、隔板、电池、和方法
DE60212274T2 (de) Elektrochemische vorrichtung unter verwendung von multikomponenten kompositmembranfilm
US9362540B2 (en) Method for producing propylene-based resin microporous film and propylene-based resin microporous film
JP3003830B2 (ja) 積層多孔質フイルム及びその製法
CN109065817B (zh) 一种多孔多层复合隔膜及其制备方法
JP3381538B2 (ja) 積層多孔質ポリオレフィンフイルムの製法
US20200303705A1 (en) Microporous polyolefin film, separator for battery, and production processes therefor
CN111231359A (zh) 一种电池隔膜、电池隔膜的生产方法及生产设备
KR20200012918A (ko) 새롭거나 개선된 마이크로다공성 멤브레인, 전지 분리기, 코팅된 분리기, 전지, 및 관련 방법
KR20170084013A (ko) 폴리올레핀 미다공막, 전지용 세퍼레이터 및 그 제조 방법
US10790492B2 (en) Microporous polyolefin membrane, separator for battery, and production processes therefor
US20030136500A1 (en) Continuous methods of making microporous battery separators
CN110911614A (zh) 制备多层聚合物隔膜的拉伸装置、方法及制得的隔膜
CN109728234B (zh) 一种孔径均一的锂电池隔膜及其制备方法
CN109817866B (zh) 聚烯烃微孔膜制备方法和装置
KR20150091973A (ko) 분리막의 제조방법 및 이로 제조된 분리막
JPH10241659A (ja) 電池セパレータ用多孔質フィルムの製造方法
CN212499057U (zh) 一种电池隔膜的生产设备
CN112688025A (zh) 一种耐热动力锂电池隔膜的制备方法及其制备方法
KR20190094728A (ko) 이차전지용 다층복합분리막 및 그의 제조 방법
JPH09328566A (ja) 熱可塑性フッ素系樹脂多孔体、その製造方法、および電池の製造方法
CN114024091B (zh) 一种锂离子二次电池隔膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200324

RJ01 Rejection of invention patent application after publication