CN103753936A - 锂电池隔膜复合装置及其复合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池隔膜复合装置及其复合方法，所述的装置包括：放卷装置，辊压装置和收卷装置；所述的放卷装置包括至少两个放卷辊、放卷导辊和方向导辊，所述的放卷导辊用于锂电池隔膜导向至辊压装置，所述的方向导辊用于改变膜导入的方向；所述的辊压装置包括预热辊、热压辊、热定型辊和冷却辊，所述的预热辊、热压辊、热定型辊和冷却辊依次类平行设置。本装置的辊压装置中设置有预热辊、热压辊、热定型辊和冷却辊，能够很好的实现多层薄膜的均匀辊压复合，可以增强薄膜之间的粘接性，复合效果更佳。

Description

锂电池隔膜复合装置及其复合方法

技术领域

本发明涉及一种锂电池隔膜复合领域，具体涉及一种锂电池隔膜复合装置及其复合方法。

背景技术

锂离子电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应的特征，又具有安全、可靠且能够快速充放电等优点，因此近年来成为了新型电源技术研究的热点。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜性能的优劣决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环次数以及安全性能等特性，因此获得性能优异的隔膜至关重要。隔膜的主要作用是将电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，具有能使电解质离子通过的功能，还可以在电池过热时，通过闭孔功能来阻隔电池中的电流传导。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。目前市场化的锂电池主要是以聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜，包括单层PE，单层PP，三层PP/PE/PP复合膜。现有的聚烯烃隔膜生产工艺可按照干法和湿法分为两大类，同时干法又可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。

随着锂离子电池产业的发展，隔膜材料的需要量大幅度增加。而世界上只有日本、美国等少数几个国家拥有锂离子电池聚合物隔膜的生产技术和相应的规模化生产，我国在锂离子电池隔膜的研究和开发方面起步较晚，隔膜在我国虽已有生产，但是各项指标达不到国外的水平，甚至达不到使用的要求。就整体而言，目前国内生产的锂电池隔膜存在微孔尺寸、分布都较为不均匀，且稳定性较差等缺点。

目前，为了得到具有较为均匀的微孔的锂电池隔膜，通常做法是将三层或多层薄膜进行复合，得到较厚的锂离子电池隔膜，这样可以得到综合性能优异的锂电池隔膜。

多层薄膜进行复合时，需要专用复合机进行放卷、辊压、收卷。现有的锂电池隔膜复合机实现了多层隔膜的复合，克服了锂电池隔膜复合时容易起皱，起气泡的缺点，但目前的锂电池隔膜复合装置都是将复卷的多层膜后直接进行辊压复合，辊压复合前三层或多层膜没有经过均匀预热，辊压复合后也没有经过热定型过程，这样生成的三层或多层复合膜的粘结强度不高，复合效果不好，得到的三层或多层复合隔膜达不到锂电池隔膜的要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有辊压复合锂电池隔膜的粘接强度不高，复合效果不好的问题，本发明提供一种锂电池隔膜复合装置及其复合方法，将三层或多层膜分别通过放卷装置，辊压装置的预热辊、热压辊、热定型辊、冷却辊合收卷装置，能够很好的实现三层或多层薄膜的均匀辊压复合，压辊通过液压装置控制三层或多层膜辊压压力的大小，能够为三层或多层膜的复合提供较大的压力，保证膜之间的粘结强度足够大。

一种锂电池隔膜复合装置，包括：放卷装置，辊压装置和收卷装置；

所述的放卷装置包括至少两个放卷辊、放卷导辊和方向导辊，所述的放卷导辊用于锂电池隔膜导向至辊压装置，所述的方向导辊用于改变膜导入的方向；

所述的辊压装置包括预热辊、热压辊、热定型辊和冷却辊，所述的预热辊、热压辊、热定型辊和冷却辊依次类平行设置。

进一步的技术方案是：所述的收卷装置包括收卷辊和设置在辊压装置与收卷辊之间的收卷导辊，所述的收卷导辊连接有第二导辊电机，用于驱动收卷导辊。

进一步的技术方案是：所述的放卷导辊连接有第一导辊电机，用于驱动放卷导辊。

进一步的技术方案是：所述的放卷辊和收卷辊分别与伺服电机连接，分别用于驱动放卷辊和收卷辊，通过伺服电机可以控制薄膜的张力大小。

进一步的技术方案是：所述的预热辊为3～7组，每一组预热辊包括预热定辊和预热压辊，所述的预热定辊和预热压辊通过齿轮同步控制；所述的预热压辊与第一气浮恒压装置连接，用于调节间距使预热压辊与预热定辊贴合。预热辊通过旋转接头管道与导热油加热器连接，预热温度通过导热油加热器控制。

进一步的技术方案是：所述的热压辊为1～3组，每一组热压辊包括热压定辊和热压压辊；所述的热压压辊与液压装置连接，用于控制辊压复合压力。

进一步的技术方案是：所述的热定型辊为3～5组，每一组热定型辊包括热定型定辊和热定型压辊；所述的热定型压辊与第二气浮恒压装置连接，用于调节间距使热定型压辊与热定型定辊贴合。所述的热定型定辊和热定型压辊通过齿轮同步控制。

进一步的技术方案是：所述的冷却辊为1～3组，每一组冷却辊包括冷却定辊和冷却压辊。

进一步的技术方案是：所述的预热辊、热压辊、热定型辊和冷却辊均分别通过万向联轴节与驱动电机连接。

一种锂电池隔膜复合方法，包括以下步骤：

步骤一：将多组单层薄膜分别通过放卷辊放卷，用放卷导辊将多组单层薄膜导向至辊压装置，用方向导辊改变膜的导入角度；

步骤二：将薄膜依次经过预热辊、热压辊、热定型辊和冷却辊；其中预热辊的预热温度为130～150℃；热压辊的热压温度为140～150℃，热压辊的热压时间为3～8s，热压辊的热压压力为1-8MPa；热定型辊的加热温度为130～140℃，热定型的时间为10～13s；冷却辊的温度为15～28℃；

步骤三：将辊压复合后的复合薄膜通过收卷装置收卷成卷。

根据本发明的优选实施例，预热辊的预热温度140-148℃；根据本发明的另一个优选实施例，热压辊的热压温度为145-148℃，热压辊的热压时间为4-6s，热压辊的热压压力为4-6MPa；根据本发明的另一个实施例，热定型辊的加热温度为135-140℃，热定型的时间为10-13s。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

（1）本装置的辊压装置中设置有预热辊、热压辊、热定型辊和冷却辊，能够很好的实现多层薄膜的均匀辊压复合，可以增强薄膜之间的粘接性，复合效果更佳。

（2）通过放卷装置和收卷装置来实现连续的传输进给，便于薄膜的连续稳定输送，大大提高了膜复合产品的质量和效率。

（3）预热辊可以通过气浮控制预热定辊与预热压辊的间隙，热压辊可以通过液压装置控制辊压复合压力，以及热定型辊可以通过气浮恒压装置控制热定型压辊与热定型定辊贴合，可以保证复合时提供较大的压力，保证膜之间的粘结强度足够大，并且在三层或多层膜复合时辊压压力可以调节，使三层或多层膜的受力大小达到一定范围，从而适应不同材质、尺寸的膜层，三层或多层膜通过预热辊、热压辊和热定型辊复合后使得其能够牢固地粘结在一起。

附图说明

图1为本发明锂电池隔膜复合装置的结构示意图；

图2为本发明锂电池隔膜复合装置的辊压装置的侧面结构示意图；

其中：1—放卷装置；2—辊压装置；21—预热辊；211—预热定辊；212—预热压辊；22—热压辊；221—热压定辊；222—热压压辊；23—热定型辊；231—热定型定辊；232—热定型压辊；24—冷却辊；241—冷却定辊；242—冷却压辊；3—收卷装置；4—放卷辊；5—方向导辊；6—收卷辊；7—第一导辊电机；8—第二导辊电机；9—伺服电机；10—第一气浮恒压装置；11—液压装置；12—第二气浮恒压装置；13—放卷导辊；14—收卷导辊；19—旋转接头管道；20—万向联轴节。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

图1和图2分别示出了发明锂电池隔膜复合装置的结构示意图和辊压装置的侧面结构示意图，结合图1和图2，一种锂电池隔膜复合装置，包括：放卷装置1，辊压装置2和收卷装置3；

所述的放卷装置1包括至少两个放卷辊4、放卷导辊13和方向导辊5，所述的放卷导辊13用于锂电池隔膜导向至辊压装置2，所述的方向导辊5用于改变膜导入的方向；

所述的辊压装置2包括预热辊21、热压辊22、热定型辊23和冷却辊24，所述的预热辊21、热压辊22、热定型辊23和冷却辊24依次类平行设置。

根据本发明的一个实施例，所述的收卷装置3包括收卷辊6和设置在辊压装置2与收卷辊6之间的收卷导辊14，所述的收卷导辊14连接有第二导辊电机8，用于驱动收卷导辊14。

根据本发明的一个实施例，所述的放卷导辊13连接有第一导辊电机7，用于驱动放卷导辊13。

根据本发明的一个实施例，所述的放卷辊4和收卷辊6分别与伺服电机9连接，分别用于驱动放卷辊4和收卷辊6，通过伺服电机可以控制薄膜的张力大小。

根据本发明的一个实施例，所述的预热辊21为3～7组，每一组预热辊21包括预热定辊211和预热压辊212，所述的预热定辊211和预热压辊212通过齿轮同步控制；所述的预热压辊212与第一气浮恒压装置10连接，用于调节间距使预热压辊212与预热定辊211贴合。预热辊通过旋转接头管道19与导热油加热器连接，预热温度通过导热油加热器控制。通过预热辊21对多层薄膜进行均匀预热。

根据本发明的一个实施例，所述的热压辊22为1～3组，每一组热压辊22包括热压定辊221和热压压辊222；所述的热压压辊222与液压装置11连接，用于控制辊压复合压力。通过热压辊22对多层薄膜进行辊压复合。

根据本发明的一个实施例，所述的热定型辊23为3～5组，每一组热定型辊23包括热定型定辊231和热定型压辊232；所述的热定型压辊232与第二气浮恒压装置12连接，用于调节间距使热定型压辊232与热定型定辊231贴合。所述的热定型定辊和热定型压辊通过齿轮同步控制。通过热定型辊23对多层薄膜进行热定型。

根据本发明的一个实施例，所述的冷却辊24为1～3组，每一组冷却辊24包括冷却定辊241和冷却压辊242。通过冷却辊24对多层薄膜进行冷却。

根据本发明的一个实施例，所述的预热辊21、热压辊22、热定型辊23和冷却辊24均分别通过万向联轴节20与驱动电机连接。

本发明还提供了一种锂电池隔膜复合方法，包括以下步骤：

步骤一：将多组单层薄膜分别通过放卷辊放卷，用放卷导辊将多组单层薄膜导向至辊压装置，用方向导辊改变膜的导入角度；

步骤二：将薄膜依次经过预热辊、热压辊、热定型辊和冷却辊；其中预热辊的预热温度为130～150℃；热压辊的热压温度为140～150℃，热压辊的热压时间为3～8s，热压辊的热压压力为1-8MPa；热定型辊的加热温度为130～140℃，热定型的时间为10～13s；冷却辊的温度为15～28℃；

步骤三：将辊压复合后的复合薄膜通过收卷装置收卷成卷。

根据本发明的优选实施例，预热辊的预热温度140-148℃；根据本发明的另一个优选实施例，热压辊的热压温度为145-148℃，热压辊的热压时间为4-6s，热压辊的热压压力为4-6MPa；根据本发明的另一个实施例，热定型辊的加热温度为135-140℃，热定型的时间为10-13s。

实施例1：

单层的PP、PE膜通过3个放卷辊4放卷，放卷辊4通过伺服电机9控制薄膜的张力大小，在放卷辊后面有3组放卷导辊13，用于将锂电池隔膜导向至辊压装置2，所述的方向导辊5用于改变膜的导入角度，将三层膜复卷在一起形成PP/PE/PP三层隔膜，其中PE膜位于两层PP膜的中间；

将三层PP/PE/PP隔膜通过辊压装置进行辊压复合。所述的辊压装置2包括预热辊21、热压辊22、热定型辊23和冷却辊24，所有的辊通过万向联轴节20与驱动电机连接，通过减速电机驱动。三层PP/PE/PP隔膜依次通过预热辊21进行均匀预热，通过热压辊22的热压定辊221和热压压辊222进行辊压复合，进一步通过热定型辊23对三层膜进行定型，最后通过冷却辊24进行冷却。其中，预热辊21为4组，预热辊21的加热温度为140℃，热压辊22为2组，热压辊22的热压温度为145℃，热压时间为5s，热压压力为4Mpa，热定型辊23为3组，热定型辊23的加热温度为135℃，热定型时间为10s，冷却辊24为2组，冷却辊24的温度为25℃。

将复合后的PP/PE/PP三层隔膜通过收卷装置成卷。

实施例2：

单层的PP、PE膜通过放卷辊4放卷，放卷辊4通过伺服电机9控制薄膜的张力大小，在放卷辊后面有3组放卷导辊13，用于将锂电池隔膜导向至辊压装置2，所述的方向导辊5用于改变膜的导入角度，将三层膜复卷在一起形成PP/PE/PP三层隔膜，其中PE膜位于两层PP膜的中间；

将三层PP/PE/PP隔膜通过辊压装置进行辊压复合。所述的辊压装置2包括预热辊21、热压辊22、热定型辊23和冷却辊24，所有的辊通过万向联轴节20与驱动电机连接，通过减速电机驱动。三层PP/PE/PP隔膜依次通过预热辊21进行均匀预热，通过热压辊22的热压定辊221和热压压辊222进行辊压复合，进一步通过热定型辊23对三层膜进行定型，最后通过冷却辊24进行冷却。其中，预热辊21为5组，预热辊21的加热温度为142℃，热压辊22为3组，热压辊22的热压温度为146℃，热压时间为6s，热压压力为6Mpa，热定型辊23为4组，热定型辊23的加热温度为140℃，热定型时间为13s，冷却辊24为3组，冷却辊24的温度为25℃。

将复合后的PP/PE/PP三层隔膜通过收卷装置成卷。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (10)

1.一种锂电池隔膜复合装置，其特征在于包括：放卷装置（1），辊压装置（2）和收卷装置（3）；

所述的放卷装置（1）包括至少两个放卷辊（4）、放卷导辊（13）和方向导辊（5），所述的放卷导辊（13）用于锂电池隔膜导向至辊压装置（2），所述的方向导辊（5）用于改变膜导入的方向；

所述的辊压装置（2）包括预热辊（21）、热压辊（22）、热定型辊（23）和冷却辊（24），所述的预热辊（21）、热压辊（22）、热定型辊（23）和冷却辊（24）依次类平行设置。

2.根据权利要求1所述的锂电池隔膜复合装置，其特征在于所述的收卷装置（3）包括收卷辊（6）和设置在辊压装置（2）与收卷辊（6）之间的收卷导辊（14），所述的收卷导辊（14）连接有第二导辊电机（8），用于驱动收卷导辊（14）。

3.根据权利要求1所述的锂电池隔膜复合装置，其特征在于所述的放卷导辊（13）连接有第一导辊电机（7），用于驱动放卷导辊（13）。

4.根据权利要求2所述的锂电池隔膜复合装置，其特征在于所述的放卷辊（4）和收卷辊（6）分别与伺服电机（9）连接，分别用于驱动放卷辊（4）和收卷辊（6）。

5.根据权利要求1所述的锂电池隔膜复合装置，其特征在于所述的预热辊（21）为3～7组，每一组预热辊（21）包括预热定辊（211）和预热压辊（212），所述的预热定辊（211）和预热压辊（212）通过齿轮同步控制；所述的预热压辊（212）与第一气浮恒压装置（10）连接，用于调节间距使预热压辊（212）与预热定辊（211）贴合。

6.根据权利要求1所述的锂电池隔膜复合装置，其特征在于所述的热压辊（22）为1～3组，每一组热压辊（22）包括热压定辊（221）和热压压辊（222）；所述的热压压辊（222）与液压装置（11）连接，用于控制辊压复合压力。

7.根据权利要求1所述的锂电池隔膜复合装置，其特征在于所述的热定型辊（23）为3～5组，每一组热定型辊（23）包括热定型定辊（231）和热定型压辊（232）；所述的热定型压辊（232）与第二气浮恒压装置（12）连接，用于调节间距使热定型压辊（232）与热定型定辊（231）贴合。

8.根据权利要求1所述的锂电池隔膜复合装置，其特征在于所述的冷却辊（24）为1～3组，每一组冷却辊（24）包括冷却定辊（241）和冷却压辊（242）。

9.根据权利要求1所述的锂电池隔膜复合装置，其特征在于所述的预热辊（21）、热压辊（22）、热定型辊（23）和冷却辊（24）均分别通过万向联轴节（20）与驱动电机连接。

10.一种锂电池隔膜复合方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将多组单层薄膜分别通过放卷辊放卷，用放卷导辊将多组单层薄膜导向至辊压装置，用方向导辊改变膜的导入角度；

步骤二：将薄膜依次经过预热辊、热压辊、热定型辊和冷却辊；其中预热辊的预热温度为130～150℃；热压辊的热压温度为140～150℃，热压辊的热压时间为3～8s，热压辊的热压压力为1-8MPa；热定型辊的加热温度为130～140℃，热定型的时间为10～13s；冷却辊的温度为15～28℃；

步骤三：将辊压复合后的复合薄膜通过收卷装置收卷成卷。

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