一种改进的单向拉伸制备聚乙烯微孔隔膜的方法
【专利摘要】本发明属于聚合物功能薄膜制备领域，特别涉及一种用于锂离子电池隔膜材料的聚乙烯微孔隔膜的制备方法。本发明针对现有单向拉伸方法制备聚乙烯微孔隔膜的生产工艺进行了改进。通过在单向拉伸制备聚乙烯微孔隔膜生产工艺的冷拉伸步骤设置两段拉伸：快速拉伸和慢速拉伸，消除了现有生产工艺中的热拉伸步骤，从而简化生产流程，减少生产设备投入和操作费用，降低聚乙烯微孔隔膜的生产成本。由改进工艺制备的聚乙烯微孔隔膜保持了现有工艺制备的聚乙烯微孔隔膜的性能，能够满足锂离子电池对隔膜材料使用性能的要求。
【专利说明】一种改进的单向拉伸制备聚乙烯微孔隔膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于聚合物功能薄膜制备领域，特别涉及一种用于锂离子电池隔膜材料的聚乙烯微孔隔膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池隔膜是位于锂离子电池正极与负极之间的一种聚合物微孔隔膜材料，是锂离子电池关键的内层组件之一。在电池中的作用主要是隔离正/负极并使电池内的电子不能自由穿过，防止短路；同时允许电解质中的离子在正负极间自由通过，以保持电池的电化学反应有序可逆地进行。
[0003]在各种聚合物微孔隔膜中，聚烯烃微孔隔膜具有机械强度高、耐酸碱腐蚀性好、耐化学介质稳定性好、闭孔温度低和制备成本低等特点，已作为锂离子电池隔膜材料在商业上得到成功应用。单向拉伸法是工业上制备聚乙烯微孔隔膜的一种主要方法，其工艺过程分为挤出流延、热处理、单向拉伸三个阶段。挤出流延阶段是通过挤出流延机组将聚乙烯制成流延基膜，在此过程中聚乙烯熔体从挤出机口模流出后经历高倍牵伸和迅速冷却，熔体在拉伸应力场下冷却结晶使得流延基膜中形成了沿挤出方向取向排列的片晶结构(取向片晶结构)，具有了硬弹性；热处理阶段是将流延基膜在一定温度下退火，从而消除取向片晶结构中折叠排列的缺陷，进一步增强流延基膜的硬弹性；单向拉伸阶段分为冷拉和热拉两个步骤:冷拉是在室温下对流延基膜施加拉伸作用，拉伸速率为200?400% /min，拉伸倍率为1.6?1.8倍，使基膜中取向排列片晶之间部分连接链被拉开，从而使片晶变形分离，形成银纹和部分小微孔；热拉是在90?110°C的温度下进行拉伸，拉伸速率为100?150%/min，拉伸倍率为1.3?1.5倍，其作用一方面是使片晶进一步分离，导致微孔数量增多和孔径增大，另一方面是使片晶之间部分较长的连接链在拉伸下形成桥结构，从而稳定微孔结构。经过单向拉伸所形成的聚乙烯微孔隔膜需要在一定温度下热定型，使微孔隔膜的结构稳定下来。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于:对现有单向拉伸制备聚乙烯微孔隔膜的工艺进行改进，使之在不需要热拉伸步骤的情况下就可以制备出聚乙烯微孔隔膜，而且微孔隔膜的性能满足锂离子电池对隔膜材料的使用要求。
[0005]本发明所采用的技术方案是:在使用现有单向拉伸工艺制备硬弹性聚乙烯流延基膜以及对流延基膜热处理的基础上，对拉伸工艺进行革新，在室温下采取两段拉伸，每段拉伸的拉伸速率和拉伸倍率都限定在特定范围，两段拉伸后不需要再进行热拉伸步骤，直接进行热定型，即可制备出聚乙烯微孔隔膜。
[0006]本发明提供的通过改进的单向拉伸工艺制备聚乙烯微孔隔膜的具体方法为:
[0007]使用现有单向拉伸工艺制备聚乙烯微孔隔膜所采用的高密度聚乙烯(HDPE)树脂作为本发明的树脂原料，其具体要求是熔体流动速率为0.30?0.50g/10min，重均分子量为 1.5 X 15 ~2.5X105g/mol，
[0008]操作步骤为:
[0009](I)聚乙烯树脂经过熔融挤出、熔体牵伸、快速冷却后形成具有取向片晶结构的硬弹性聚乙烯流延基膜，
[0010]其中，使用现有单向拉伸工艺制备聚乙烯流延基膜时采用的挤出流延工艺条件制备硬弹性聚乙烯流延基膜:挤出流延机组中单螺杆挤出机各区的温度见表1，口模温度为200~220°C，熔体牵伸比为50~70，流延辊温度为80~100°C，在流延口模与流延辊之间设置了冷却风刀，通过调节风刀的空气流速控制熔体的冷却速率，优选的空气流速为0.8 ~1.2m/s,
[0011]表1挤出流延机组中单螺杆挤出机的各区温度
[0012]
【权利要求】
1.一种改进的单向拉伸制备聚乙烯微孔隔膜的方法，其特征在于:所述的方法为 (1)聚乙烯树脂经过熔融挤出、熔体牵伸、快速冷却后形成具有取向片晶结构的硬弹性聚乙烯流延基膜； (2)将步骤(I)中得到的流延基膜进行热处理，然后在室温下对流延基膜进行单向拉伸，其中，所述的单向拉伸分为两段，即快速拉伸和慢速拉伸； (3)将步骤(2)中经过拉伸的薄膜热定型，制得聚乙烯微孔隔膜。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯微孔隔膜的制备方法，其特征在于:步骤⑵中所述的快速拉伸是指，沿基膜的纵向对基膜实施快速拉伸，拉伸温度为10?40°C，拉伸速率为.450?600% /min，拉伸倍率为L I?L 4倍。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯微孔隔膜的制备方法，其特征在于:步骤⑵中所述的快速拉伸是指，沿基膜的纵向对基膜实施快速拉伸，拉伸温度为25?35°C，拉伸速率为.500?550% /min，拉伸倍率为1.2?1.3倍。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯微孔隔膜的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的慢速拉伸是指，沿基膜的纵向对基膜实施慢速拉伸，拉伸温度为10?40°C，拉伸速率为10?80% /min，拉伸倍率为1.7?2.0倍。
5.根据权利要求1所述的聚乙烯微孔隔膜的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的慢速拉伸是指，沿基膜的纵向对基膜实施慢速拉伸，拉伸温度为25?35°C，拉伸速率为30?50% /min，拉伸倍率为1.8?1.9倍。
6.根据权利要求1所述的聚乙烯微孔隔膜的制备方法，其特征在于:步骤⑶中所述的热定型是指，将经过拉伸的薄膜在120?125°C下热定型20?40min。
7.根据权利要求1所述的聚乙烯微孔隔膜的制备方法，其特征在于:步骤(I)中所述的聚乙烯树脂的熔体流动速率为0.30?0.50g/10min,重均分子量为1.5 X 15?.2.5 X 105g/mol ο
【文档编号】H01M2/16GK104201311SQ201410404591
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】俞强, 沈鹏, 杨兴诚, 丁永红, 张洪文, 朱梦冰, 蒋姗 申请人:常州大学