[发明专利]聚烯烃薄膜及其制备方法

说明书

所属领域

本发明涉及广泛使用的微孔薄膜，例如用于物质的分离、选择透过等的分离膜，作为碱性、锂离子或燃料电池等电化学反应装置的隔离材料等，尤其涉及适合作为锂离子电池等非水电解液电池用分隔件使用的聚烯烃微孔薄膜，同时，还涉及该烯烃微孔薄膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池隔膜是锂离子电池里面其中一个重要的不可或缺的组件之一。目前国际上生产锂离子电池隔膜的湿法生产工艺是以烃类或低分子量的物质与聚烯烃树脂在较高温度混合，融化铸片，再以纵向或双轴向对薄片做取向处理，最后用高沸点的溶剂提取液体，制成互相贯通的微孔膜材料。

锂离子隔膜在锂离子电池中起到如下两个主要作用：(1)隔开锂离子电池的正极和负极，防止正负极接触形成短路；(2)薄膜中的微孔能够让锂离子通过，形成充放电回路。此外，隔膜还要具备适当的闭孔温度，限制锂离子电池在使用过程中温度过高而发生短路的微孔自关闭功能；较高的抗撕裂强度、穿刺强度和破膜温度，防止自闭孔后温度继续升高导致薄膜破裂而短路的功能。由此可见，薄膜的孔结构关系着隔膜的使用性能。

在聚烯烃薄膜的湿法制备行业中，传统工艺是：熔融、铸片、拉伸、后萃取处理。后萃取处理是在拉伸结束之后进行的，主料膜网与成孔剂产生了相分离，但成孔剂还仍然分布在双向取向拉伸过的分子链之间，此时对成孔剂进行萃取处理，被置换出孔的孔径大，在应用到锂电池中不能很好的保护两极之间接触，从而造成电池短路；另外由于无论是单轴还是双轴拉伸取向，只进行一步拉伸处理，一旦固定原料，产品的性能也就固定了，不利用对产品依照不同需求进行有针对性的调节并形成系列化产品；另外，由于设备设计是根据特定的一种原材料进行的，由于只是一步拉伸，设备对不同原料的适应针对性就大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备出的聚烯烃薄膜的孔的结构更加小、数量更多的聚烯烃薄膜制备方法。

本聚烯烃薄膜制备方法，把聚烯烃树脂与成孔剂熔融均匀混合，通过挤出机模头挤出后的熔体沿上下方向经过竖直冷却辊冷却、再沿水平方向经过水平冷却辊冷却成为固态厚片；厚片经萃取和加热烘干后再进行拉伸处理，然后烧结定型得到聚烯烃薄膜。

本发明的有益效果：本发明的方法是在进行拉伸取向之前就对树脂进行萃取处理，这样的做法相比于先拉伸后萃取的处理做法所得到成品薄膜的孔的结构更加小、数量更多、孔的形状亦可以容易控制，在铸片之后立即实施萃取过程，此时成孔剂由于冷却辊的作用已经产生热致相分离，所以在该过程后即进行萃取处理更加容易得到小、多并且均匀的孔。

通过挤出机模头挤出来熔体依次经过竖直冷却辊、水平冷却辊，冷却成为固态厚片。铸片冷却的作用：1冷却熔体，形成厚片；2急冷熔体，降低厚片结晶度，防止球晶的形成；3急冷混合物熔体，使成孔剂与聚烯烃产生热致相分离；4急冷厚片表面，使产生相分离的大部分成孔剂被锁在厚片里面，使成孔剂不容易流出和渗出。由于熔体处于流动状态，熔体在第一次冷却时候只能先经过竖直冷却辊，否则(如先经过水平冷却辊)由于重力作用会造成厚片上下冷却不均。

萃取过程是湿法锂离子隔膜生产特有的工序过程，该过程有别于传统工艺，是在拉伸之前进行的，这样的好处是有利于制备成孔结构容易控制的聚烯烃薄膜，可以通过控制萃取过程中溶剂种类、浓度、加热温度、生产速度等来控制成品聚烯烃隔膜的微孔结构。

拉伸处理是薄膜生产的另一个核心环节，目的是使分子链在拉伸过程中产生取向，从而改善和提高产品的应用性能，拉伸的倍率、次数以及方式决定着最终膜的孔径大小、薄膜的机械强度。

本发明提供一个聚烯烃薄膜“焊接”在一起成为一个三维状的小孔径高强度的薄膜的生产工艺，利用该方法生产出的聚烯烃薄膜的力学强度可以控制，微孔的孔结构也可以控制。

上述的萃取时所用的萃取溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种溶剂。优选的，萃取时采用两步萃取，第一步萃取时的萃取溶剂的体积百分比浓度为70-100％，第二步萃取时的萃取溶剂的体积百分比浓度为10-100％，且第一步萃取时的萃取溶剂的浓度不小于第二步萃取时的萃取溶剂的浓度。加热烘干时，温度100～180℃，厚片线速度为1～30米/分钟。