摩擦系数小的隔膜的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种摩擦系数小的隔膜的制备方法，包括如下步骤：(1)将聚烯烃树脂、润滑剂及其他添加剂通过搅拌混料机搅拌均匀，得到混合物；(2)将混合物加入到流延挤出装置中进行铸片，制备得流延基膜；(3)将制备好的流延基膜放入恒温烘箱中进行热处理；(4)热处理完成后，将热处理基膜进行纵向拉伸，制备得具有微孔结构且性能合格的微孔隔膜。本发明具有加工出的隔膜具有卷芯后从卷针上拔下的过程容易、不易出现卷芯端面不齐的优点。
【专利说明】摩擦系数小的隔膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂离子二次电池，尤其是涉及一种通过在聚合物加工成型前加入润滑 齐IJ，并经过原料混合、熔融、流延铸片、热处理及拉伸的过程制得摩擦系数小的隔膜的方法。
【背景技术】
[0002] 随着用电器具的快速发展，人们对提供动力的锂电池的性能要求也越来越苛刻， 对锂电池的安全性能要求尤其高。其中在锂电池卷绕的过程中发现，由于隔膜与卷针之间 的摩擦力较大，经常出现卷芯很难从卷针上拔下的情况，而且拔下后的卷芯很容易出现隔 膜撕裂、卷芯端面不齐、卷芯螺旋等现象，此类问题严重影响了锂电池的性能，并且在后期 的使用过程中有可能发生内短路现象，存在一定的安全隐患。
[0003] 隔膜与卷针之间摩擦力较大是造成将卷芯拔针困难的主要原因之一，表面粗糙的 隔膜，测得其与卷针之间的摩擦系数偏大。然而，表面粗糙度不够的隔膜，由于隔膜表面相 对光滑，将卷芯拔下的过程中，又会使得卷芯内部层与层之间发生错位而导致卷芯端面不 齐、螺旋等缺陷。为了能够解决上述问题，在隔膜的选择过程中，需要对隔膜表面的摩擦系 数进行一定范围的限定。
[0004] 隔膜制成的过程中，原料（主要为聚烯烃类）在熔融后通常具有较大的粘度，在加 工过程中，粘度较大的聚合物熔体流经流道、模头等，必定会与加工机械表面产生较大的摩 擦，而有些摩擦对聚合物的加工成型是非常不利的，这些摩擦降低了熔体流动性的同时，还 使得加工成型后的隔膜表面变得比较粗糙。
【发明内容】
[0005] 为克服上述缺点，本发明提供一种通过在聚合物加工成型前加入润滑剂，并经过 原料混合、熔融、流延铸片、热处理及拉伸的过程，制得摩擦系数小的隔膜的方法。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术措施实现的，一种摩擦系数小的隔膜的制备方法， 包括如下步骤：
[0007] (1)将聚烯烃树脂、润滑剂及其他添加剂通过搅拌混料机搅拌均匀，得到混合物；
[0008] (2)将混合物加入到流延挤出装置中进行铸片，制备得流延基膜；
[0009] (3)将制备好的流延基膜放入恒温烘箱中进行热处理；
[0010] (4)热处理完成后，将热处理基膜进行纵向拉伸，制备得具有微孔结构且性能合格 的微孔隔膜。
[0011] 作为一种优选方式，步骤（1)中润滑剂为硬脂酸钙、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酰胺、 高沸点石蜡、微晶石蜡、PP蜡、PE蜡中的一种或多种的组合。
[0012] 作为一种优选方式，步骤（1)中润滑剂为硬脂酸钙和PP蜡两种加工助剂的混合 物，硬脂酸钙的用量为0. 1-1. Ophr，PP蜡的用量为0. 1-1. Ophr，搅拌混料机的搅拌速度为 500-6000rpm，搅拌时间为 5-30min。
[0013] 作为一种优选方式，步骤（2)中挤出机温度为90-230°C，模头温度为190-240°C， 流延辊温度为30-105°C，流延基膜的厚度为10-30 μ m。
[0014] 作为一种优选方式，步骤（3)中烘箱热处理的温度为l〇〇°C -160°c，热处理时间为 100_500min。
[0015] 作为一种优选方式，步骤⑷中的拉伸过程温度为30-150°C，拉伸比例为 0· 5-3· 5〇
[0016] 作为一种优选方式，制备的微孔隔膜MD方向和TD方向的静摩擦系数均为 0· 15-0. 45。
[0017] 作为一种优选方式，所述基材为聚丙烯（PP)、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)和聚乙烯 (PE)的复合膜、聚酰亚胺或无纺布中的一种。
[0018] 作为一种优选方式，制备的微孔隔膜的厚度在10-60μπι之间，孔隙率在 30 % -60 %之间，平均孔径大小在0. 01 μ m-2 μ m之间。
[0019] 本发明提供了一种摩擦系数小的隔膜的制备方法，所得隔膜摩擦系数在一个合适 的范围内（静摩擦系数在0. 15-0. 45范围内），用该种隔膜制成卷芯，卷芯从卷针上拔下的 过程较为容易，不易出现卷芯端面不齐等现象，为锂电池的生产加工提供了便利条件。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1对比例隔膜MD方向摩擦系数测定曲线图；
[0021] 图2对比例隔膜TD方向摩擦系数测定曲线图；
[0022] 图3实施例隔膜MD方向摩擦系数测定曲线图；
[0023] 图4实施例隔膜TD方向摩擦系数测定曲线图；
[0024] 图5隔膜摩擦系数测试装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面对本发明作进一步详细说明。
[0026] -种摩擦系数小的隔膜的制备方法，包括如下步骤：
[0027] (1)将聚烯烃树脂、润滑剂及其他添加剂通过搅拌混料机搅拌均匀，得到混合物；
[0028] (2)将混合物加入到流延挤出装置中进行铸片，制备得流延基膜；
[0029] (3)将制备好的流延基膜放入恒温烘箱中进行热处理；
[0030] (4)热处理完成后，将热处理基膜进行纵向拉伸，制备得具有微孔结构且性能合格 的微孔隔膜。
[0031] 本发明中，润滑剂可选用硬脂酸钙、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酰胺、高沸点石蜡、微晶 石蜡、PP蜡、PE蜡等聚烯烃类常用润滑剂中的一种或多种具有润滑作用的助剂。
[0032] 其中，加入润滑剂的意义在于：（1)降低聚合物熔体分子之间的摩擦。润滑剂在聚 合物熔体中的状态类似于增塑剂，它在某种程度上降低了大部分分子之间的相互作用力。 润滑剂和聚合物长链分子间结合的过程中，它们可能产生类似于滚动轴承的作用，因此其 自身能在熔体流动方向上排列，从而互相滑动，使得内摩擦力降低。也就是说，聚合物产生 形变时，因为润滑剂的作用，分子链间发生相对滑移和旋转，从而使聚合物分子间的内摩擦 减小，流动性增大，提高口模分离的能力。并且在此过程中，润滑剂的加入不会对聚合物的 Tg和强度等有明显影响。（2)降低物料与加工设备表面的摩擦。聚合物熔体在加工的过程 中，因为润滑剂的作用，可防御熔体与加工设备之间的粘附，从而提高成品表面的光滑性。
[0033] 本发明的摩擦系数小的隔膜的制备方法，在前面技术方案的基础上，润滑剂优选 硬脂酸钙和PP蜡两种加工助剂的混合物，硬脂酸钙的用量为〇. 1-1. 〇phr，PP蜡的用量为 0. 1-1. Ophr，搅拌混料机的搅拌速度为500-6000rpm，搅拌时间为5_30min。
[0034] 本发明的摩擦系数小的隔膜的制备方法，在前面技术方案的基础上，步骤（2)中 挤出机温度为90-230°C，模头温度为190-240°C，流延辊温度为30-105°C，流延基膜的厚度 为 10-30 μ m。
[0035] 本发明的摩擦系数小的隔膜的制备方法，在前面技术方案的基础上，步骤（3)中 烘箱热处理的温度为l〇〇°C -160°C，热处理时间为100-500min。
[0036] 本发明的摩擦系数小的隔膜的制备方法，在前面技术方案的基础上，步骤（4)中 的拉伸过程温度为30-150°C，拉伸比例为0. 5-3. 5。
[0037] 本发明的摩擦系数小的隔膜的制备方法，在前面技术方案的基础上，制备的微孔 隔膜MD方向和TD方向的静摩擦系数均为0. 15-0. 45。
[0038] 本发明的摩擦系数小的隔膜的制备方法，在前面技术方案的基础上，基材为聚丙 烯（PP)、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)和聚乙烯（PE)的复合膜、聚酰亚胺或无纺布中的一种。
[0039] 本发明的摩擦系数小的隔膜的制备方法，在前面技术方案的基础上，制备的微孔 隔膜的厚度在10-60 μ m之间，孔隙率在30% -60%之间，平均孔径大小在0. 01 μ m-2 μ m之 间。
[0040] 产品测试
[0041] 利用一种隔膜摩擦系数的测定装置来测量隔膜的摩擦系数，这种隔膜摩擦系数的 测定装置，参考图5,测定方法为：先裁取合适面积的隔膜装夹到试样夹持块4上，将不锈钢 片3固定在滑动平台2的表面，然后把夹有隔膜的夹持块4轻轻放到不锈钢片上3与其完 全接触，连接试样夹持块4的铁丝5 -端放入带有拉力传感器的弹簧销座内6,完成上述步 骤后在一定速度条件下使滑动平台2沿着导轨1向右做匀速运动，连接试样夹持块的力值 传感器7因隔膜与不锈钢片3之间的摩擦而产生力值的变化，此时记录该测定过程隔膜与 不锈钢片之间3的力-位移曲线图，并根据力值算得隔膜与不锈钢片之间的最大静摩擦系 数。隔膜的测定方向分别选其MD和TD方向，各测试5组求平均值。其中，试样加持块的质 量为 100-500g，试验速度为 50-250mm/min，温度 10°C -40°C，湿度 20% RH-70% RH。
[0042] 对比例
[0043] 一种对比隔膜，对比隔膜未添加任何润滑剂，对比隔膜材质为聚丙烯（PP)，厚度为 16 μ m，各方面性能合格。
[0044] 分别沿隔膜的MD和TD方向裁取大小为宽120mmX长150mm的隔膜样品各5组， 将隔膜样品轻轻夹到试样夹持块上，不锈钢片固定在滑动平台上，完成上述动作后将样品 夹持块轻轻放到不锈钢片上与其完全接触，试样夹持块另一端连接到带有拉力传感器的弹 簧销座内。其中，试样夹持块的质量选择为200g，测试速度为100mm/min，测试次数为5次。 设定好相应的实验参数后即可开始测试。图1为对比例隔膜MD方向摩擦系数测定曲线图， 图2为对比例隔膜TD方向摩擦系数测定曲线图。
[0045] 测得隔膜MD方向上的静摩擦系数用μ SM表示，隔膜TD方向上的静摩擦系数用 μ ST表不，测试结果详见表1和表2。
[0046] 表1对比例隔膜MD方向静摩擦系数表
[0047]
【权利要求】
1. 一种摩擦系数小的隔膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 将聚烯烃树脂、润滑剂及其他添加剂通过搅拌混料机搅拌均匀，得到混合物； (2) 将混合物加入到流延挤出装置中进行铸片，制备得流延基膜； (3) 将制备好的流延基膜放入恒温烘箱中进行热处理； (4) 热处理完成后，将热处理基膜进行纵向拉伸，制备得具有微孔结构且性能合格的微 孔隔膜。
2. 根据权利要求1所述的摩擦系数小的隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1)中润 滑剂为硬脂酸钙、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酰胺、高沸点石蜡、微晶石蜡、PP蜡、PE蜡中的一种 或多种的组合。
3. 根据权利要求2所述的摩擦系数小的隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1)中润 滑剂为硬脂酸钙和PP蜡两种加工助剂的混合物，硬脂酸钙的用量为〇. 1-1. Ophr，PP蜡的用 量为0. 1-1. Ophr，搅拌混料机的搅拌速度为500-6000rpm，搅拌时间为5-30min。
4. 根据权利要求1所述的摩擦系数小的隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（2)中挤 出机温度为90-230°C，模头温度为190-240°C，流延辊温度为30-105°C，流延基膜的厚度为 10-30 μ m〇
5. 根据权利要求1所述的摩擦系数小的隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（3)中烘 箱热处理的温度为l〇〇°C -160°C，热处理时间为100-500min。
6. 根据权利要求1所述的摩擦系数小的隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（4)中的 拉伸过程温度为30-150°C，拉伸比例为0. 5-3. 5。
7. 根据权利要求1所述的摩擦系数小的隔膜的制备方法，其特征在于：制备的微孔隔 膜MD方向和TD方向的静摩擦系数均为0. 15-0. 45。
8. 根据权利要求1所述的摩擦系数小的隔膜的制备方法，其特征在于：所述基材为聚 丙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯的复合膜、聚酰亚胺或无纺布中的一种。
9. 根据权利要求1所述的摩擦系数小的隔膜的制备方法，其特征在于：制备的微孔隔 膜的厚度在10-60 μ m之间，孔隙率在30% -60%之间，平均孔径大小在0. 01 μ m-2 μ m之 间。
【文档编号】H01M2/16GK104157813SQ201410385521
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】杨亚男, 陈秀峰 申请人:深圳市星源材质科技股份有限公司