双向拉伸工艺对超高分子量聚乙烯隔膜性能的影响

徐绍魁，吴正文，茆汉军

(1.上海联乐化工科技有限公司，上海 201512；2.上海化工研究院有限公司，上海 200062；3.上海市聚烯烃催化技术与高性能材料国家重点实验室，上海 200062)

0 前言

锂电池主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜材料，内层组件中隔膜材料的国产化率最低、技术壁垒最高[1]。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)隔膜是锂电池隔膜中的高端产品，特别在高温下熔体呈凝胶状，熔而不塌，对过度充电或者温度升高时的短路、爆炸具有优良的安全保护作用，更适用于高效、大功率的动力电池[2]。

目前，商品化的锂电池隔膜生产工艺主要分为干法和湿法两种[3-5]，两种隔膜制备方法的工艺过程各不相同，但都包括了一个必不可少的取向过程，该过程可以提高隔膜的孔隙率和拉伸强度。由于UHMWPE的加工困难，无法采用吹塑等常规工艺制备，而干法工艺也不能有效控制隔膜的孔隙率等参数，因此选用热致相分离法(即湿法)制备性能优异的UHMWPE锂电池隔膜。湿法锂电池隔膜一般采取双向拉伸工艺[6]，包括：配料、挤出、流延、双向热拉伸、萃取、干燥、热定型和收卷。双向热拉伸包括双向同步拉伸和双向异步拉伸，是热效应和机械力协同控制的过程，涉及晶体成核与生长、破坏与重构，以及片晶、无定形、纤维晶、微孔等多尺度结构的非线性快速演变过程，其影响因素有拉伸温度、拉伸速率及拉伸倍数等。

黄孙息等[7]研究了拉伸温度和拉伸倍率对厚片成膜性能的影响，结果表明：当拉伸倍率为5×5，拉伸温度为100～110 ℃时，厚片容易被拉伸成膜，且随着拉伸倍率的增加，厚片所制得的隔膜孔径和拉伸强度也呈现增加的趋势。……